CN202793627U

CN202793627U - 一种母线接头测温wsn节点

Info

Publication number: CN202793627U
Application number: CN201220218041.4U
Authority: CN
Inventors: 楚孔旭; 张荣标
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型公开了一种母线接头测温WSN节点，涉及电力监测领域和无线传感领域。采用无线测温系统，直接接触式测温结合无线数据采集技术，有效解决了高压环境下测温点数据精确采集和采集设备与一次高压设备的绝缘问题。能够精确、稳定的测量母线接头温度，实时的检测母线温度。且其结构设计独特，安装方便，使用不再受安装位置、使用环境的限制。该无线节点的能源供应为自供电电源，从母线周边磁场收集能量，并经过能源处理电路转换为无线节点能够使用的稳定电源，使得该装置能在不需要电池状态下永久工作。

Description

一种母线接头测温WSN节点

技术领域

本实用新型涉及电力监测领域和无线传感领域，具体涉及一种实时监测母线接头温度的无线节点。

背景技术

在电力系统中，当载流母线的负载电流过大时，就会导致温升过高，会造成母线接头及周边带电部件绝缘老化甚至击穿，全国电力部门每年因为母线温度过高引发的重大事故上千起，给电力系统造成重大影响和损失。通过监测母线接头的温度情况，可有效防止母线输电故障的发生，为实现安全输电提供有效保障。

母线大都处于高电位、高地势环境下，而目前国内专门用于高压母线温度测量的仪器还很少。目前用于测量母线温度的方法主要有三种，一种方法是红外热像仪，根据吸收到的红外辐射能量来测量接头温度，其准确度较高，但需要光学器件，而且容易受外界条件干扰，在高压母线等特定场合使用不太方便。另一种方法是在母线接头表面涂一层随温度变化颜色的发光材料，通过观察其颜色大致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差。而且以上两种方法都需要人工巡查，不能起到实时检测母线接头温度数据。第三种方法是光纤式温度检测，光纤具有优越的绝缘性能，所以光纤温度传感器可直接安装在高压接头上，但光纤表面容易受到污染，导致光纤表面放电，这限制了光纤测温系统用于室外设备的测温，且光纤成本较高难以普及。本实用新型为了解决上述问题,采用无线测温系统对母线接头测温，直接接触式测温，结合无线数据采集技术，有效解决了高压环境下温度数据精确采集和电气绝缘问题，准确有效地实现了实时监控。

本实用新型最大特点在于无线节点的供电电源，目前用于交流母线热测量的电子仪器所用电源大都为电池供电，这就使得这些电子仪器长时间工作后需要更换电池，但由于其工作环境使得更换电池时很不方便。在交流母线周边存在大量交变磁场，本实用新型从交流母线周边的交变磁场中收集能量，并通过处理电路将收集到的能量转换为稳定供电电源。这种无线节点用电源可以使无线节点永远工作而不需更换电池，不但解决了更换电池造成的不方便和不安全问题，而且充分利用了能源，起到节能作用。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种新型的交流母线用WSN测温节点，采用无线测温系统，直接接触式测温结合无线数据采集技术，有效解决了高压环境下测温点数据精确采集和采集设备与一次高压设备的绝缘问题。能够精确、稳定的测量母线温度，实时的检测母线温度，安装使用不再受安装位置、使用环境的限制，安装实施非常简便。该无线节点其能源供应取自母线周边磁场，使得该装置能在不需要电池状态下永久工作。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：包括主结构和副结构两部分；主结构为无线节点供电电源部分，副结构为无线测温节点模块；主结构中的无线节点电源部分为一个母线磁能收集装置，包括能量收集器、能量处理电路两部分；能量收集器包括上铁心、下铁心和线圈，上铁心和下铁心均为凹形铁心，下铁心一端通过铰链连接，另一端开合，开合端口通过上卡扣结构和下卡扣结构连接，上铁心和下铁心构成的矩形铁心环路环扣在母排上；下铁心上缠绕有线圈，磁场变化时线圈就切割磁场，从而线圈中产生交流电，完成母线周边磁能的收集；副结构以一端通过铰链连接、另一端开合结构固定在母线接头上，采用不锈钢自锁式扎带结构环扣在母线接头上。

将母线接头测温节点分为无线测温节点部分和节点供电电源两部分。供电电源部分设计成一种特殊形状的外壳结构，采用环形的开口式结构可以环扣在母排上。供电电源部分又包括能量收集器和能量处理电路。能量收集器包含矩形铁心和二次线圈。利用上下铁心相连构成了环扣母线的矩形环路，这样实现了从交流母线穿过的交流电在矩形铁心中产生交变磁场，磁场在铁心中形成矩形环路，环绕在下铁心上的线圈切割矩形环路中交变的磁场，又产生交变的电流，这样就取得了需要的交变电流，完成了能量收集，该部分为节点电源的能量收集部分。整流、滤波、稳压、蓄电池处理电路构成了能量处理电路，处理后可向节点提供稳定的直流电源。无线测温节点部分包括无线射频模块和温度传感器模块。无线射频模块采用TI公司的CC2420芯片，其通信基于Zigbee协议，无线通信稳定安全；处理器芯片为STM8L151，该芯片功能全面功耗低，最大优点是价格便宜。温度传感器采用PN温度传感器，该温度传感器测量精度高，稳定性好，测量范围为-50～200℃，能够满足母线接头温度的监测作用。温度传感器模块负责测量母线接头温度，并将数据以模拟信号形式经放大处理后传送给处理器STM8L151，STM8L151内部AD转换功能将模拟信号转换为数字信号，再由无线发射芯片CC2420发送给数据接收节点。接收节点将收到数据传送给上位机PC，由上位机PC进行温度实时监控。

本实用新型的有益效果如下所述。

1、本实用新型的交流母线无线测温节点用电能直接取自交流母线周边交变磁场，收集交变磁场能量并转换为节点用稳定电源，无需更换电池，即节能又方便，大大提高了安全系数。

2、本实用新型的供电电源装有备用的蓄电锂电池，当母线电流过小而无法正常供电时启用锂电池供电，通常状态时锂电池蓄电。

3、本实用新型的无线节点结构根据母线形状设计，可以卡扣在母线上，使得无线节点拆装方便、易于维护。

4、本实用新型采用无线测温系统，温度传感器直接安装在母线接头上，温度采集灵活准确，可扩展性强，适用不同电压等级、不同环境母线接头的温度监测，并解决了电气绝缘问题。

5、本实用新型的无线测温系统能够实时监测母线接头温度，而且不需人工巡查，既方便有安全。

附图说明

图1是本实用新型的应用外观图。

图2是本实用新型的主结构外观图。

图3是本实用新型的能量处理电路框图。

图4 是本实用新型的无线测温系统电路图。

具体实施方式

参见图1-2，本实用新型结构上分为主结构5和副结构2两部分。主结构5为无线节点供电电源部分，副结构2为无线测温节点模块。主结构5中的无线节点电源部分为一个母线磁能收集装置，它包括能量收集器、能量处理电路两部分。能量收集器包括上铁心6、下铁心7和线圈，上下铁心均为凹形铁心，并根据母排大小设计，上下铁心构成的矩形铁心环路可环扣在母排1上。当母线1中有交流电时，母线1周边产生交变磁场，环绕在母排1上的矩形铁心环路中相应的产生交变磁场。下铁心7上缠绕有线圈，磁场变化时线圈就会切割磁场，从而线圈中产生交流电，完成了母线周边磁能的收集。上下铁心一端通过铰链4连接，另一端可开合，开合端口采用上卡扣结构8和下卡扣结构9连接，这种结构使得上铁心的开合十分方便，进而装置拆装方便快捷，安装时不需要从母线1一端的套入，打开开口直接卡套在母线1上，然后关闭卡扣即可，这就省去了拆装母线造成的麻烦。适合在高压、高地势这种恶劣环境下的应用。副结构2以相似结构固定在母线接头10上，采用不锈钢自锁式扎带结构11环扣在母线接头上，安装牢固方便，不锈钢材质使得扎带耐腐蚀性好、耐温性能好且寿命长。

参见图3，该部分为本实用新型无线节点供电电源的能量处理部分，从下铁心7缠绕线圈引出的输出电线接电路处理模块。能量处理电路模块主要包括整流a1、滤波Aa2、开关稳压电源a3、稳压器a4、滤波Aa5后输出无线节点所需要的稳定电源。整流电路a1采用桥式整流电路，通过a1将铁心线圈输出的交流电压转换为直流电压。经过整流桥a1后的直流电压还含有交流分量，通过滤波Aa2将交流分量滤除，滤波器件选用最常见也最简单的电容滤波电路，电容选用电容容量较大的电解电容。因为一次侧交流电流变化范围较大，有可存在死区问题。本实用新型加入了备用锂电池a7解决死区问题，当一次侧母线电流过小时，开启锂电池a7向无线节点供电。为了给锂电池a7充电，在滤波电容a2后加入了开关稳压电源a3。由开关稳压电源输出直流电分为两路。一路向线性充电器a6提供电压，由线性充电器a6给备用锂电池a7充电，另一路经过稳压器a4转换成3.3V电压给无线节点供电。

参见图4，该部分为本实用新型的无线节点模块和温度传感器模块2电路图。温度传感器采用PN温度传感器D1，该温度传感器测量精度高，稳定性好，测量范围为-50～200℃，能够满足母线接头10温度的监测作用。温度传感器D1直接接触母线接头10，测得的温度值准确。从温度传感器D1出来的模拟信号经放大电路后接处理器STM8L151 U1，模拟信号通过STM8L151内部AD转换器转换成数字信号，STM8L151 U1和发射模块CC2420 U2之间通过SPI接口连接，通信快速稳定。发射节点C2420 U2将温度数据无线发送给接收节点，接收节点可接收多台发射结点数据，并将接收到的数据通过RS485通信传给上位机PC，由上位机PC进行实时监控母线接头10温度，并做相应的控制。

综上，本实用新型可以以不背离本实用新型基本特征精神的不同的形式实施，本实施例结合了电磁感应原理、电力电子技术和无线传感领域，本实用新型直接从交流母线周边交变磁场取能，并为处于高电位、高地势环境下的无线测温节点提供电源，即节能又安全。而且本无线测温节点具有高稳定性、高寿命、低成本等优点，具有很大的应用前景。本实用新型不仅仅局限于无线测温节点，可根据需要为一切高压侧用电设备提供稳定能量。由于本发明的范围由附和的权利要求限定而不是被前面的描述所定义，所有落在权利要求的要求和范围内或这样的要求和范围的等效物中改变都被认为是包含在这些权利要求中的。

Claims

1.一种母线接头测温WSN节点，其特征在于，包括主结构（5）和副结构（2）两部分；主结构（5）为无线节点供电电源部分，副结构（2）为无线测温节点模块；主结构（5）中的无线节点电源部分为一个母线磁能收集装置，包括能量收集器、能量处理电路两部分；能量收集器包括上铁心（6）、下铁心（7）和线圈，上铁心（6）和下铁心（7）均为凹形铁心，下铁心（7）一端通过铰链（4）连接，另一端开合，开合端口通过上卡扣结构（8）和下卡扣结构（9）连接，上铁心（6）和下铁心（7）构成的矩形铁心环路环扣在母排（1）上；下铁心（7）上缠绕有线圈，磁场变化时线圈就切割磁场，从而线圈中产生交流电，完成母线周边磁能的收集；副结构（2）以一端通过铰链连接、另一端开合结构固定在母线接头（10）上，采用不锈钢自锁式扎带结构（11）环扣在母线接头上。

2.根据权利要求1所述的一种母线接头测温WSN节点，其特征在于，还包括无线节点供电电源的能量处理部分，从下铁心（7）缠绕线圈引出的输出电线接电路处理模块；能量处理电路模块包括整流（a1）、滤波A（a2）、开关稳压电源（a3）、稳压器（a4）、滤波B（a2）；整流（a1）采用桥式整流电路，通过整流（a1）将铁心线圈输出的交流电压转换为直流电压；经过整流（a1）后的直流电压还含有交流分量，通过滤波A（a2）将交流分量滤除，滤波A（a2）为电容滤波电路，电容选为电解电容；当一侧母线电流过小时，开启锂电池（a7）向无线节点供电；在滤波A（a2）后加入了开关稳压电源（a3）；由开关稳压电源（a3）输出直流电分为两路；一路向线性充电器（a6）提供电压，由线性充电器（a6）给备用锂电池（a7）充电，另一路经过稳压器（a4）转换成3.3V电压给无线节点供电。

3.根据权利要求1所述的一种母线接头测温WSN节点，其特征在于，还包括无线节点模块和温度传感器模块电路；温度传感器采用PN温度传感器（D1），测量范围为-50～200℃，温度传感器（D1）直接接触母线接头（10），从温度传感器（D1）出来的模拟信号经放大电路后接处理器STM8L151（U1），模拟信号通过STM8L151内部AD转换器转换成数字信号，STM8L151（U1）和发射模块CC2420（U2）之间通过SPI接口连接，发射节点CC2420（U2）将温度数据无线发送给接收节点，接收节点可接收多台发射结点数据，并将接收到的数据通过RS485通信传给上位机PC，由上位机PC进行实时监控母线接头（10）温度。