CN203502135U - 一种高压电力设备温度监控装置 - Google Patents

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胡康军
陈得民
沈唯真
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Abstract

本实用新型公开了一种高压电力设备温度监控装置,包括电磁屏蔽外壳、盖体、天线单元、承载有温度传感器电路的核心电路板、温度传感器探头及电源;将核心电路板及电源设置于电磁屏蔽外壳内,将天线单元设置于盖体与电磁屏蔽外壳之间的空间中,可以在保证无线通讯的同时,屏蔽外界电磁干扰,防止本装置在高压环境下产生电晕放电;进一步,选用工作频率为433MHz的无线通讯模块可以提高无线传输距离;采用锂亚电池,保证装置在高温环境下长时间工作。

Description

一种高压电力设备温度监控装置
技术领域
本实用新型涉及高压电力的温度监控领域,尤其涉及一种高压电力设备温度监控装置。
背景技术
在发电厂、变电站中,高压开关柜内铜排与铜排连接处、高压电缆接头处等因接触不良或过电流运行时,因接触电阻过大,将会引起发热;再者,在高压输电线路中,电缆接头、耐张线夹、接续管、引流板处,大负荷区段带电电缆上,重冰区进行交直流融冰的导地线上,长期工作也将会产生高温。如果不及时对高温区进行检修排除,将会引起重大故障甚至火灾的发生,从而造成巨大经济损失。因此,需要实时对高压电力设备温度在线监测,可有效地预防故障,保障电网正常运行。
基于无线传感技术的成熟,现有技术中已在高压电力领域采用无线传感技术进行温度采集,如申请号为201010033367.5的专利公开了一种高压电力线无线温度采集系统,包括温度节点、路由器、终端设备和上位机,温度节点用于采集高压电力线的温度数据,并以无线方式依次通过路由器、终端设备将温度数据传至上位机;在该专利中进一步公开了温度节点的结构组成,包括无线模块、温度传感器和锂电池,在具体实施例中,无线模块工作于2.4G频段或ISM频段,温度传感器采用的是Dallas公司的DS1822,且采用锂电池供电。但是,在实际工程应用中,上述专利的温度节点存在着如下问题:
首先,采用工作于2.4G频段或ISM频段的无线模块,无线传输距离短,穿透、绕射能力弱,传输过程衰减较大;
其次,采用DS1822温度传感器,其温度最高测量值为125℃,而基于Q/GDW244-2010输电线路导线温度测试装置技术规范中的内容,高压电力设备的温度最高可达到290℃,因此,采用低量程的DS1822温度传感器是不适合的;
再者,根据锂电池特性,其不能工作在高温环境下,而且,工作一段时间后,将快速放电,即使外部设备不耗电,其自身也会放电,一次供电很难达到Q/GDW244-2010规定的3年;
最后,用于高压电力环境的测温装置必须耐高温、强抗干扰、防电晕,上述专利没有明确给出温度节点应对高温、干扰及电晕的技术方案,因此,上述专利的技术方案并不适用于高压电力环境的温度监控,且现有技术也未公开可应用于高压电力环境的温度监控结构。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型提供了一种高压电力设备温度监控装置,以实现在高压电力环境中进行温度监控。
本实用新型采用的技术手段如下:一种高压电力设备温度监控装置,包括电磁屏蔽外壳、盖体、天线单元、承载有温度传感器电路的核心电路板、温度传感器探头及电源;其中,
所述电磁屏蔽外壳包括顶壁、底壁以及侧围,并由所述顶壁、底壁及侧围构成第一容纳腔;
所述盖体扣合于所述电磁屏蔽外壳的顶壁,且所述盖体与所述顶壁构成第二容纳腔;
所述核心电路板及电源设置于所述第一容纳腔内;
所述天线单元与所述温度传感器电路电连接,并设置于所述第二容纳腔内;
所述温度传感探头设置于所述电磁屏蔽外壳之外,并与所述温度传感器电路电连接。
进一步,所述电磁屏蔽外壳的底壁开设有第一过孔,所述温度传感器探头伸出过孔,并通过电缆与所述温度传感器电路连接。
进一步,所述天线单元通过引线与所述温度传感器电路连接,且所述电磁屏蔽外壳的顶壁开设有第二过孔,所述引线穿设于所述第二过孔。
进一步,所述第一容纳腔成圆柱状。
进一步,所述盖体成半球状,并通过密封垫与所述电磁屏蔽外壳的顶部开口扣合。
进一步,所述天线单元包括天线及天线电路板;所述天线电路板成圆形并承载有天线电路;所述天线为弹簧天线,并与天线电路连接。
进一步,所述天线电路板进一步承载有与所述单片机通过所述引线连接的开关按键及工作状态指示灯。
进一步,所述温度传感器电路包括数据处理单元、无线通讯单元以及与电源连接用于分配电力的电源管理单元;
所述数据处理单元包括与所述温度传感器探头连接的信号放大调理电路、与所述信号放大调理电路连接的模拟/数字转换电路、以及与所述模拟/数字转换电路连接的单片机;
所述无线通讯单元分别于所述单片机和天线单元连接。
进一步,所述无线通讯单元工作于433MHz频率。
进一步,所述电源为锂亚电池。
采用本实用新型所提供的高压电力设备温度监控装置,将核心电路板及电源设置于电磁屏蔽外壳内,将天线单元设置于盖体与电磁屏蔽外壳之间的空间中,可以在保证无线通讯的同时,屏蔽外界电磁干扰,防止本装置在高压环境下产生电晕放电;进一步,选用工作频率为433MHz的无线通讯模块可以提高无线传输距离;采用锂亚电池,保证装置在高温环境下长时间工作。
附图说明
图1为本实用新型一种高压电力设备温度监控装置的结构透视图;
图2为本实用新型一种高压电力设备温度监控装置的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。
作为本实用新型优选实施例,如图1所示,高压电力设备温度监控装置包括,电磁屏蔽外壳、盖体2、天线单元、承载有温度传感器电路的核心电路板4、温度传感器探头5及电源6;其中,
电磁屏蔽外壳包括顶壁10、底壁12以及侧围11,并由顶壁10、底壁12及侧围11构成第一容纳腔A;核心电路板4及电源6设置于第一容纳腔A内;在本实施例中,第一容纳腔A成圆柱状,由于圆柱状的空间外缘表面光滑且连续,可在屏蔽外界电磁干扰的同时,防止装置在高压环境下产生电晕放电;进一步,电磁屏蔽外壳的材质可以选择铝合金材料,由于铝合金材料有良好的耐高温性,亦可保证本装置的耐高温性能;
盖体2与电磁屏蔽外壳的顶壁10扣合,且盖体2与顶壁10构成第二容纳腔B;天线单元与温度传感器电路电连接,并设置于第二容纳腔B内;在本实施例中,盖体2成半球状,并通过密封垫(未示出)与电磁屏蔽外壳的顶壁10扣合,以保障本装置良好的密封性能;作为优选的,盖体2的材质可采用耐高温半透明塑料;
进一步的,天线单元通过引线7b与温度传感器电路连接,电磁屏蔽外壳的顶壁10开设有第二过孔13b,引线7b穿设于第二过孔13b,并分别于温度传感器电路和天线单元连接;容纳于第二容纳腔B的天线单元包括天线电路板32及天线21;其中,天线电路板32承载有天线电路,并成圆形,平行于电磁屏蔽外壳顶壁10放置;天线31为弹簧天线,且与天线电路连接;
温度传感探头5设置于电磁屏蔽外壳之外,并与温度传感器电路电连接;在本实施例中,电磁屏蔽外壳的底部12开设有第一过孔13a,温度传感器探头5伸出第一过孔13a,并通过电缆7a与温度传感器电路连接。
如图2展示了高压电力设备温度监控装置的电路结构,结合图2对本实用新型的电路结构及工作方式进行以下阐述:
温度传感器电路包括数据处理单元、无线通讯单元以及与电源连接用于分配电力的电源管理单元;
数据处理单元包括与温度传感器探头连接的信号放大调理电路、与信号放大调理电路连接的模拟/数字转换电路、以及与模拟/数字转换电路连接的单片机;
无线通讯单元分别与单片机和天线单元连接;
本装置的电路结构还进一步包括开关按键及工作状态指示灯,开关按键及工作状态指示灯分别与单片机连接,并承载于天线单元的天线电路板;其中,开关按键用于开启和关闭本装置,工作状态指示灯用于指示本装置开启或故障状态;在本实施例中,结合图1,将盖体2设计成半透明的半球状,可直接透过盖体2观察天线电路板上的开关按键和工作指示灯获知本装置的运行状态。
作为本实施例优选的,温度传感器探头采用PT100传感器。PT100是一种以铂(Pt)制成的电阻式温度传感器,属于正电阻系数,具有测量范围广,偏差小,响应时间短,还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点,可以工作在-200℃至650℃的范围,其电阻和温度变化的关系式如下:
R=Ro(1+αT)
其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度。
本实施例中,利用PT100测温的工作原理是测量传感器的电阻,将电阻的变化转换成电压模拟信号,然后再将模拟信号转换成数字信号,再由单片机换算出相应温度。
具体的,以PT100作为温度传感器,通过电源管理单元输出一个恒流源,采用恒流测温,通过单片机进行控制,用信号放大调理电路、模拟/数字转换电路进行温度信号的采集。将采集的温度值通过无线通讯单元和天线单元发送给无线接收网关,再由无线接收网关将温度值转发给监控主机。
进一步,本实施例中采用放大器LM324作为信号放大调理电路。温度传感器探头的热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器LM324的输入端,经过放大器放大后的电压输出送给模拟/数字转换电路;
本实施例中采用ICL7135A/D转换器作为模拟/数字转换电路。ICL7135是一种四位半的双积分A/D转换器,可以转换出±20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便,具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点。经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D转换器,从而把热电阻的阻值转换成数字量;
本实施例中使用单片机SST89E51。SST89E51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,可通过嵌入软件的方式实现低功耗工作模式。
在本实施例中,无线通讯单元优选工作于433MHz频率,以便提高无线传输距离,如采用Chipcon公司的高性能CC1101无线通信芯片,最大传输数率达500kbps,并可软件修改波特率,开阔地传输距离达到300米,灵敏度达到-110dBm,可靠性高,可广泛应用于各种场合的短距离无线通信领域;
进一步的,电源为锂亚电池,由于锂亚电池自放电电流小,存储寿命长,可保证装置在高温环境下长时间工作。
本申请高压电力设备温度监控装置的工作方式,以上述结构及电路为基础,可通过在单片机中嵌入不同的软件的方式实现具体的工作方式,作为具体实施方式,应对使用本申请装置时可能出现的昼夜温差大的工作环境,对本申请中单片机嵌入的低功耗工作模式进行以下举例:
首先,打开开关按键,装置开始采集数据,每分钟采集1次,并把数据存储下来。单片机判断采集的温度值,如果所采集的温度值没超过阈值,则每10分钟发送一次数据,也可不发送数据。该阈值可以通过远程设定。除了发送数据时,平时装置处于休眠状态,功耗较低。
当监测的温度升高,达到阀值后,主动唤醒处于休眠状态的无线通讯模块,并立即发送数据给远程网关,监控主机接收到超出阈值的温度时,将进行相关的报警提示,具有快速响应功能。而且,同时提高采样频率,每半分钟采集一次或更高。一般出现该情况,技术人员会到现场察看这些报警测点,等故障排除后,装置所采集的温度值温度低于阈值时,采样率减低,无线通讯模块休眠。
因此,在温差较大的地区,可以通过上位机远程设置温度采集节点的采样率,冬季,温度相对低,可以减低采样率减低,增大阈值,夏季温度较高,可以提高采样率,减小阈值。
综上所述,采用本实用新型所提供的高压电力设备温度监控装置,将核心电路板及电源设置于电磁屏蔽外壳内,将天线单元设置于盖体与电磁屏蔽外壳之间的空间中,可以在保证无线通讯的同时,屏蔽外界电磁干扰,防止本装置在高压环境下产生电晕放电;进一步,选用工作频率为433MHz的无线通讯模块可以提高无线传输距离;采用锂亚电池,保证装置在高温环境下长时间工作。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高压电力设备温度监控装置,其特征在于,包括电磁屏蔽外壳、盖体、天线单元、承载有温度传感器电路的核心电路板、温度传感器探头及电源;其中, 
所述电磁屏蔽外壳包括顶壁、底壁以及侧围,并由所述顶壁、底壁及侧围构成第一容纳腔; 
所述盖体扣合于所述电磁屏蔽外壳的顶壁,且所述盖体与所述顶壁构成第二容纳腔; 
所述核心电路板及电源设置于所述第一容纳腔内; 
所述天线单元与所述温度传感器电路电连接,并设置于所述第二容纳腔内; 
所述温度传感探头设置于所述电磁屏蔽外壳之外,并与所述温度传感器电路电连接。 
2.根据权利要求1所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述电磁屏蔽外壳的底壁开设有第一过孔,所述温度传感器探头伸出过孔,并通过电缆与所述温度传感器电路连接。 
3.根据权利要求2所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述天线单元通过引线与所述温度传感器电路连接,且所述电磁屏蔽外壳的顶壁开设有第二过孔,所述引线穿设于所述第二过孔。 
4.根据权利要求1所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述第一容纳腔成圆柱状。 
5.根据权利要求4所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述盖体成半球状,并通过密封垫与所述电磁屏蔽外壳的顶部开口扣合。 
6.根据权利要求1所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述天线单元包括天线及天线电路板;所述天线电路板成圆形并承载有天线电路;所述天线为弹簧天线,并与天线电路连接。 
7.根据权利要求6所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述温度传感器电路包括数据处理单元、无线通讯单元以及与电源连接用于分配电力的电源管理单元; 
所述数据处理单元包括与所述温度传感器探头连接的信号放大调理电路、与所述信号放大调理电路连接的模拟/数字转换电路、以及与所述模拟/数字转换电路连接的单片机; 
所述无线通讯单元分别与所述单片机和天线单元连接。 
8.根据权利要求7所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述天线电路板进一步承载有与所述单片机通过引线连接的开关按键及工作状态指示灯。 
9.根据权利要求8所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述无线通讯单元工作于433MHz频率。 
10.根据权利要求1所述的高压电力设备温度监控装置,其特征在于,所述电源为锂亚电池。 
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