CN111220287A - 开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法，包括至少一个用于对开关柜内母排进行温度采集的第一温度传感器、至少一个用于对开关柜内断路器动触头进行温度采集的十二温度传感器和至少一个用于对户外刀闸温度进行温度采集的第三温度传感器，三个温度传感器分别对应一个中继模块进行无线通讯连接，中继模块进行自组网后通过无线通讯方式与后台监控系统或远程监控系统连接；本发明解决当前采用人工手持热像仪或接触式温度传感器难以实现对开关柜内部的母排、深藏在断路器外壳内部动静触头及设置在户外输电杆塔上的刀闸温度进行便捷地并且准确地监测。

Description

开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法

技术领域：

本发明涉及电力设备运行监测技术领域，特别是涉及一种开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法。

背景技术：

随着智能电网的发展，实时获取电气设备的状态信息在电力系统的智能化建设中非常关键。高压开关柜是电力系统重要的设备之一，它能不能做到可靠运行是变电站安全生产、电力可靠运行中的一个非常关键的因素。开关柜内部有很多零散部件，如断路器、母线、进出线等。由于体积限制开关柜内部空间紧密，作为进出线的中介其电流一般较大，大电流经常会引起开关柜部件温升过高，加速绝缘的老化，产生安全印花。目前10kV变电站的高压开关柜大部分采用KYN型，其过热部位主要发生在柜内小车断路器的触头，由于运行条件恶化，接触电阻变大，在大电流流过时，触头温升会过快，甚至会烧毁，过热将可能影响着开关柜自身的安全乃至整个电网的运行。在《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》第11.7.2条明确提出：定期用红外线测温设备来检查变电站开关柜内的部件，尤其是重要部分如触头、出线座等，更需要经常检测，以防止发生危险事故。然而开关柜运行时是全封闭式的，内部、大电流，运检人员难以获取开关柜度数据，且断路器触头处于绝缘层中，无法直接测量其温度数据，因此设计一套可靠地温度传感器十分必要。

目前开关柜中电力设备测温的主要手段有：①粘贴测温蜡片；②手持式红外热像仪测温；③手持式红外点温仪测温；④接触式数字传感器测温；⑤光纤表贴测温。前3种方法都需要人工参与进行设备的监测，容易出现漏报、误报，无法进行长时间测量，监测的准确度会因不同的人员操作而不同，实时性也较差。方法④可实现在线监测，但是传感器安装时采用捆绑式、自攻螺丝式、贯穿式螺丝、卡扣等方式，可能会破坏一次设备的结构、影响设备的绝缘特性与运行，降低安全性；最严重的是一旦测温系统出现故障将要停电检修，会降低系统的供电可靠性。方法⑤缩短了爬电距离，安装调试复杂，且成本较高，不利于大面积推广。另外一方面，温度采集系统的通信十分重要，前述3种测温方法没有数字化的通信系统，后2种方法都采用有线通信的方式，可能造成开关柜内布线冗余，如果通信线的表面感染污秽，可能会缩短爬电距离，影响电力设备的绝缘距离和运行安全。

且上述检测方式采用有线传感器或有源无线传感器，有线传感器的线缆在柜体内部需要专门固定，会缩短爬电距离，有源无线传感器使用时需要装配一定容量的电池来给传感器供电，其传感器体积 普遍较大，无法安装在狭小的空间里。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决当前采用人工手持热像仪或接触式温度传感器难以实现对开关柜内部的母排、深藏在断路器外壳内部动静触头及设置在户外输电杆塔上的刀闸温度进行便捷地并且准确地监测的开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法。

本发明的技术方案是：一种开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：包括至少一个用于对开关柜内母排进行温度采集的第一温度传感器、至少一个用于对开关柜内断路器动触头进行温度采集的十二温度传感器和至少一个用于对户外刀闸温度进行温度采集的第三温度传感器，三个温度传感器分别对应一个中继模块进行无线通讯连接，中继模块进行自组网后通过无线通讯方式与后台监控系统或远程监控系统连接，所述中继模块包括无线模块、加密模块、时钟芯片RTC、存储器和核心处理器MCU，所述温度传感器分别套装在开关柜内的母排上、在开关柜内断路器的触指上和户外刀闸上。

进一步的，所述温度传感器采用由西安成通电气设备有限公司生产的CT-T200自取电无线温度传感器，所述无线模块采用由深圳市海联华科技发展有限公司生产的无线收发天线，其型号为3G GSM PHS ANTENNA。

进一步的，所述时钟芯片RTC用于提供准确的系统时间，所述RTC的内部接口为串行接口。

进一步的，所述存储器为内部存储芯片，用于存储所述温度传感器采集回的数据，所述内部存储芯片的内部接口为串行接口。

进一步的，所述加密模块为支持包括SM2、 SM1、RSA、AES、DES、3DES加密算法的芯片或者功能模块，核心处理器MCU通过串行接口将数据发送至所述加密模块。

开关柜无源无线开关设备温度监测方法，其特征在于：自取电无线温度传感器实时对温度数据进行采集，并将采集到的数据通过无线通讯传送给中继模块，中继模块对接收到的数据进行加密处理后，将加密后的数据通过无线自组网的分时传输发送给无线模块，最后无线模块将加密后的数据发送给台监控系统或远程监控系统；

自取电无线温度传感器分别套装在开关柜内的母排上、在开关柜内断路器的触指上和户外刀闸上，对母排、断路器和刀闸的温度进行检测，并具有自取电和无线通讯功能；

后台监控系统设有监控软件以便于工作人员对分布在不同区域的电气设备进行温度进行监视，监控软件采用采用C/S应答模式，实现温度实时在线监测、温度历史数据查询、温升报警等功能；

远程监控系统在远端对各个后台监控系统进行集中监控和管理；

中继模块包括无线模块、加密模块、时钟芯片RTC、存储器和核心处理器MCU，其中，MCU核心处理器，其负责整个实时监测设备的整体运行和调度；

核心处理器MCU通过串行接口将数据发送至该加密模块，加密模块用于对数据进行验证和加密处理；

无线模块为具有无线自组网的模块，无线模块用于接收加密处理后的数据，并通过无线自组网的分时传输将加密处理后的数据发送给上层系统。

进一步的，所述时钟芯片RTC，其用于为中继模块提供准确地系统时间，RTC通过串行接口 与MCU进行通讯；存储器为内部存储芯片，用于存储超高频无源标签采集回的数据，存储器的 内部接口为串行接口，使得存储器和MCU进行串行通讯。

进一步的，所述加密模块为支持主流加密算法的芯片或者功能模块，该模块支持但不限于SM2、SM1、RSA、AES、DES、3DES等加密算法。

进一步的，所述无线自组网为Zigbee网络或LoRa网络。其采用由深圳市海联华科技发展有限公司生产的无线收发天线，其型号为3G GSM PHS ANTENNA。

进一步的，所述远程监控系统通过广播校时的方式对所有的节点设备进行统一授时，每个节点设备根据其网络ID设置特定的时间窗口，所述时间窗口的起始时间计算公式为：起始时间＝时间基准+网络ID*时间窗口长度。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用具有自取电功能的无线温度传感器套装在母排、断路器内触指及户外刀闸上，解决当前采用人工手持热像仪或接触式温度传感器难以实现对开关柜内部的母排、深藏在断路器外壳内部动静触头及设置在户外输电杆塔上的刀闸温度进行便捷地并且准确地监测。

2、本发明采用具有自取电功能的无线温度传感器，能够安装在空间狭小的位置，无需连接电缆，便于安装和操作；且不需要使用电池进行供电，免于后期维护，同时，整套设备不需要对开关柜进行结构改造，只需要套装在检测设备上，适用于对旧开关柜的升级，从而显著降低成本，对环境要求小，因而能够在较宽的环境温度范围下工 作。

3、本发明结构简单，占用的空间小，运行稳定可靠，能快速实现对电力设备中诸如开关柜内的母排和断路器动触头及户外刀闸等位于狭小空间的各类发热器件温度的实时在线监测，有效解决了现有人工测温无法实时在线测温，且测温不全面，遗漏不到位的难题，并且收放方便，需要的协助人员少，适用于在不同的地形和气候下随时随地展开使用。

附图说明：

图1为开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法的结构框图。

图2为中继模块的结构框图。

具体实施方式：

实施例：参见图1和图2。

开关柜无源无线开关设备温度监测设备及方法，包括至少一个用于对开关柜内母排进行温度采集的第一温度传感器、至少一个用于对开关柜内断路器动触头进行温度采集的十二温度传感器和至少一个用于对户外刀闸温度进行温度采集的第三温度传感器，三个温度传感器分别对应一个中继模块进行无线通讯连接，中继模块进行自组网后通过无线通讯方式与后台监控系统或远程监控系统连接；解决当前采用人工手持热像仪或接触式温度传感器难以实现对开关柜内部的母排、深藏在断路器外壳内部动静触头及设置在户外输电杆塔上的刀闸温度进行便捷地并且准确地监测。

下面结合附图和实施例对本申请进行详细描述。

后台监控系统设有监控软件以便于工作人员对分布在不同区域的电气设备进行温度进行监视，监控软件采用采用C/S应答模式，实现温度实时在线监测、温度历史数据查询、温升报警等功能；远程监控系统在远端对各个后台监控系统进行集中监控和管理。

温度传感器采用由西安成通电气设备有限公司生产的CT-T200自取电无线温度传感器，具有自取电和无线通讯功能，具有体积小、无需电源供电的优点。温度传感器分别套装在开关柜内的母排上、在开关柜内断路器的触指上和户外刀闸上。

MCU核心处理器，其负责整个实时监测设备的整体运行和调度。

核心处理器MCU通过串行接口将数据发送至该加密模块，加密模块用于对数据进行验证和加密处理，以保证通讯链路的安全。加密模块为支持主流加密算法的芯片或者功能模块，该模块支持但不限于SM2、SM1、RSA、AES、DES、3DES等加密算法。

无线模块为具有无线自组网的模块，无线模块用于接收加密处理后的数据，并通过无线自组网的分时传输将加密处理后的数据发送给上层系统。无线自组网为Zigbee网络或LoRa网络。其采用由深圳市海联华科技发展有限公司生产的无线收发天线，其型号为3GGSM PHS ANTENNA。

时钟芯片RTC，其用于为中继模块提供准确地系统时间，RTC通过串行接口 与MCU进行通讯。

存储器为内部存储芯片，用于存储超高频无源标签采集回的数据，存储器的 内部接口为串行接口，使得存储器和MCU进行串行通讯。

无线自组网的分时传输原理为：在整个无线自组网网络内，上层系统通过广播校时的方式对所有的节点设备进行统一授时。所有节点设备将该时间保存在自身的RTC芯片内。各个节点设备只能在特定的时间窗口发送数据。每个节点设备的时间窗口是不同的，需要根据自身的网络ID(自组网网络内所有设备的唯一标识)进行计算。时间窗口的起始时间计算公式为：

起始时间＝时间基准+网络ID*时间窗口长度。

其中，时间基准和时间窗口长度是网络内的全局参数。网络内的所有设备全局参数是一致的。例如：假设时间基准0时0分0秒，时间窗口长度为5秒，则网络ID为10的节点设备的发送起始时间为：0时0分0秒+10*5＝0时0分50秒。时间基准还可以通过特定的计算方法变成动态可变参数，以提高节点发送数据的频度，提升系统的实时性。如此就可以实现网络内各节点设备的分时传输，最大限度地减少通讯冲突，从而提升网络稳定和通讯效率。

使用时，温度传感器实时对温度数据采集，并将采集到的数据通过无线通讯传送给MCU，MCU通过RTC获取当前时间，MCU将数据和时间发送给存储器进行存储，MCU将数据和时间发送给加密模块进行验证和加密处理，之后MCU将加密后的数据通过无线自组网的分时传输发送给无线模块，最后无线模块将加密后的数据发送给台监控系统或远程监控系统。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：包括至少一个用于对开关柜内母排进行温度采集的第一温度传感器、至少一个用于对开关柜内断路器动触头进行温度采集的十二温度传感器和至少一个用于对户外刀闸温度进行温度采集的第三温度传感器，三个温度传感器分别对应一个中继模块进行无线通讯连接，中继模块进行自组网后通过无线通讯方式与后台监控系统或远程监控系统连接，所述中继模块包括无线模块、加密模块、时钟芯片RTC、存储器和核心处理器MCU，所述温度传感器分别套装在开关柜内的母排上、在开关柜内断路器的触指上和户外刀闸上。

2.根据权利要求1所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述温度传感器采用由西安成通电气设备有限公司生产的CT-T200自取电无线温度传感器，所述无线模块采用由深圳市海联华科技发展有限公司生产的无线收发天线，其型号为3G GSM PHSANTENNA。

3.根据权利要求1所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述时钟芯片RTC用于提供准确的系统时间，所述RTC的内部接口为串行接口。

4.根据权利要求1所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述存储器为内部存储芯片，用于存储所述温度传感器采集回的数据，所述内部存储芯片的内部接口为串行接口。

5.根据权利要求1所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述加密模块为支持包括SM2、 SM1、RSA、AES、DES、3DES加密算法的芯片或者功能模块，核心处理器MCU通过串行接口将数据发送至所述加密模块。

6.根据权利要求1-5任一项权利要求所述开关柜无源无线开关设备温度监测设备的检测方法，其特征在于：自取电无线温度传感器实时对温度数据进行采集，并将采集到的数据通过无线通讯传送给中继模块，中继模块对接收到的数据进行加密处理后，将加密后的数据通过无线自组网的分时传输发送给无线模块，最后无线模块将加密后的数据发送给台监控系统或远程监控系统；

自取电无线温度传感器分别套装在开关柜内的母排上、在开关柜内断路器的触指上和户外刀闸上，对母排、断路器和刀闸的温度进行检测，并具有自取电和无线通讯功能；

后台监控系统设有监控软件以便于工作人员对分布在不同区域的电气设备进行温度进行监视，监控软件采用采用C/S应答模式，实现温度实时在线监测、温度历史数据查询、温升报警等功能；

远程监控系统在远端对各个后台监控系统进行集中监控和管理；

中继模块包括无线模块、加密模块、时钟芯片RTC、存储器和核心处理器MCU，其中，MCU核心处理器，其负责整个实时监测设备的整体运行和调度；

核心处理器MCU通过串行接口将数据发送至该加密模块，加密模块用于对数据进行验证和加密处理；

无线模块为具有无线自组网的模块，无线模块用于接收加密处理后的数据，并通过无线自组网的分时传输将加密处理后的数据发送给上层系统。

7.根据权利要求6所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述时钟芯片RTC，其用于为中继模块提供准确地系统时间，RTC通过串行接口 与MCU进行通讯；存储器为内部存储芯片，用于存储超高频无源标签采集回的数据，存储器的 内部接口为串行接口，使得存储器和MCU进行串行通讯。

8.根据权利要求6所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述加密模块为支持主流加密算法的芯片或者功能模块，该模块支持但不限于SM2、SM1、RSA、AES、DES、3DES等加密算法。

9.根据权利要求6所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述无线自组网为Zigbee网络或LoRa网络。

10.其采用由深圳市海联华科技发展有限公司生产的无线收发天线，其型号为3G GSMPHS ANTENNA。

11.根据权利要求6所述的开关柜无源无线开关设备温度监测设备，其特征是：所述远程监控系统通过广播校时的方式对所有的节点设备进行统一授时，每个节点设备根据其网络ID设置特定的时间窗口，所述时间窗口的起始时间计算公式为：起始时间＝时间基准+网络ID*时间窗口长度。

Images