CN204924486U - 一种新型无源无线温度监测预警系统 - Google Patents

一种新型无源无线温度监测预警系统 Download PDF

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张维锡
周正
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Abstract

本实用新型公开了一种新型无源无线温度监测预警系统,包括采用SCADA系统的远程监控终端,远程监控终端通过RS485总线接口通信连接有测温主控终端,所述测温主控终端通过RS485总线接口连接有本地主站,测温主控终端通过CAN总线网络与至少一个温度采集终端通信连接,温度采集终端包括温度采集器,温度采集器无线连接有温度传感器。本实用新型具有良好的绝缘性、可靠性和稳定性,能够实现温度在线监测,还能够辅助实现设备的状态检修,为科学调度提供参考依据。

Description

一种新型无源无线温度监测预警系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于温度监测技术领域,尤其涉及一种无源无线温度监测预警系统。
背景技术
[0002] 变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备,在长期运行过程 中,开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热,而这些发热部位的温度 无法监测,由此最终导致事故发生。近年来,在电厂和变电站已发生多起开关过热事故,造 成火灾和大面积的停电事故,解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键,实现温度在 线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。传统的测温方式在绝缘性能、安装方式、可靠 性、稳定性以及实施成本上存在各种各样的问题。 实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种新型无源无线温度监测预警系统,它是一种基于声 表面波(SAW)的全新测温技术,具有良好的绝缘性、可靠性和稳定性,能够实现温度在线监 测,还能够辅助实现设备的状态检修,为科学调度提供参考依据。
[0004] 为达到上述目的,本实用新型是采取如下技术方案予以实现的:
[0005] -种新型无源无线温度监测预警系统,包括采用SCADA系统的远程监控终端,远 程监控终端通过RS485总线接口通信连接有测温主控终端,所述测温主控终端通过RS485 总线接口连接有本地主站,测温主控终端通过CAN总线网络与至少一个温度采集终端通信 连接,温度采集终端包括温度采集器,温度采集器无线连接有温度传感器。
[0006] 所述本地主站设有显示终端。
[0007] 所述显示终端采用IXD显示屏,进行温度信息的本地显示。
[0008] 所述测温主控终端所述测温主控终端包括综合分析模块,综合分析模块上连接有 协议转换模块、报警模块、存储模块、通信模块、参数设定模块以及远程维护模块。
[0009] 所述参数设定模块包括温度校准单元、多种预警阈值单元、温度采集频率单元、传 感器发射功率单元、信号接受门限单元和系统设备对时单元;综合分析模块包括综合统计 分析单元,综合统计分析单元连接有超温故障诊断单元和温度趋势预测单元。
[0010] 进一步的,所述测温主控终端和温度采集终端均配置有无线通信模块,用以将CAN 总线网络替换为无线自组网络,实现测温主控终端与温度采集终端的通信连接,这就使得 变电站内的多个开关柜组成无线自组网进行数据本地传输。
[0011] 进一步的,所述温度采集终端至少设有一组,每一组包括一个温度采集器和至少 一个温度传感器,每一组内的温度采集器与温度传感器采用无线通信连接。
[0012] 当测温主控终端采用CAN总线网络与温度采集终端通信连接时,所述每一组温度 传感器和温度采集器之间通过CAN总线网络进行通信连接;
[0013] 当测温主控终端采用无线自组网络与温度采集终端通信连接时,所述每一组温度 传感器和温度采集器之间通过无线自组网络进行通信连接。
[0014] 温度信号经温度传感器采集后通过CAN总线网络或无线自组网络传输到温度采 集器进行统一收发和管理;变电站内多个开关柜的温度采集器通过CAN总线网络或无线 自组网络进行数据本地传输,经温度采集器发送的温度信号通过CAN总线网络或无线自组 网络传输到测温主控终端进行处理。
[0015] 所述温度采集器还连接有监测仪。
[0016] 进一步的,所述温度传感器采用SAW传感器,SAW传感器采用被动感应方式,无需 电池驱动,减少了电池更换带来的维护成本,同时不会对生态环境造成影响。
[0017] 所述温度传感器采用SAW传感器,其安装位置(温度采集终端的监测点)为:
[0018] 1).固定柜的断路器上、下连接点和电缆接头;
[0019] 2).手车柜的断路器动、静触头和电缆接头。
[0020] 与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
[0021] 本实用新型是一种基于声表面波(SAW)的全新测温技术,其远程监控终端采用 SCADA系统,SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统,可以对现场的运 行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等 各项功能;本实用新型的测温主控终端可以对本区域内所有被测设备统一进行温度信息的 采集、分析、存储管理、温度告警、数据转发、参数设置及协议转换,操作更为简单,管理更高 效;温度采集终端采用声表面波测温技术,表面声波测温技术的最大好处是利用了传感器 的被动工作原理:即在非常规的运行环境下(高电压、高电流)实现无线温度数据采集,减 少了设备损坏的几率;因此,具有良好的绝缘性、可靠性和稳定性,能够实现温度在线监测, 还能够辅助实现设备的状态检修,为科学调度提供参考依据。
附图说明
[0022] 图1本实用新型的系统构架原理图;
[0023] 图2本实用新型固定柜的监测点示意图;
[0024] 图3本实用新型手车柜的监测点示意图;
[0025] 图4本实用新型SAW传感器的原理图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图说明本实用新型的实施例。
[0027] 实施例1
[0028] 参考图1,本实用新型提供的一种新型无源无线温度监测预警系统,它是一种基于 声表面波(SAW)的全新测温技术,具有良好的绝缘性、可靠性和稳定性,能够实现温度在线 监测,还能够辅助实现设备的状态检修,为科学调度提供参考依据。
[0029] 一种新型无源无线温度监测预警系统,包括远程监控终端1、测温主控终端4和温 度采集终端,远程监控终端1 (后台主站系统)采用SCADA系统,SCADA系统是以计算机为 基础的DCS与电力自动化监控系统,可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据 采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,报警方式为声音(蜂鸣)、 指示灯、短信等。远程监控终端1通过电力专网2连接于测温主控终端4,测温主控终端4 通常安装在变电站主控室。远程监控终端1与测温主控终端4的具体通信方式为:测温主 控终端4采用RS485总线接口 3,可以按照指定的标准通信规约传入远程监控终端1和变 电站主控室内的本地主站9。同时,测温主控终端4连接的本地主站9也可选配显示终端, 显示终端采用IXD显示屏,在主控室本地显示温度及告警信息,也可在SCADA系统中远程监 控。测温主控终端4包括通信模块,通信模块包括两部分,第一部分为通过RS485总线接口 3连接远程监控终端1和本地主站9的第一通信模块,第二部分为通过CAN总线网络连接 温度采集终端的第二通信模块;测温主控终端4的下行通过CAN总线网络与多个温度采集 器6进行信息交互,具体的,测温主控终端4通过RS485总线接口 3连接温度采集器6,测 温主控终端4负责统一进行对本区域内所有被测设备温度信息的采集、分析、存储管理、温 度告警、数据转发、参数设置及协议转换;温度采集器6的数量可以根据现场实际情况进行 设置,每一个温度采集器6用于统一收发和管理各个温度传感器7采集到的各触点(监测 点)的温度信息;温度传感器7采用SAW传感器,安装于开关柜中,温度传感器7的数量可 以根据现场实际情况进行设置;每一个温度采集器6均连接有监测仪8,将温度采集器6采 集的温度信号进行实时的监测显示。
[0030]具体的,测温主控终端4包括综合分析模块,综合分析模块上连接有协议转换模 块、报警模块、存储模块、通信模块、参数设定模块以及远程维护模块,通信模块包括两部 分,第一部分为通过RS485总线接口 3连接远程监控终端1和本地主站9的第一通信模块, 第二部分为通过CAN总线网络连接温度采集终端的第二通信模块;参数设定模块包括温度 校准单元、多种预警阈值单元、温度采集频率单元、传感器发射功率单元、信号接受门限单 元和系统设备对时单元;综合分析模块包括综合统计分析单元连接有超温故障诊断单元和 温度趋势预测单元;报警模块采用绝对值越限、温升越限、三相不平衡等告警模式,通过声 音(蜂鸣)、指示灯、短信等方式告警;参数设定模块通过温度校准单元、多种预警阈值单 元、温度采集频率单元、传感器发射功率单元、信号接受门限单元和系统设备对时单元就能 够实现对温度校准、各类预警阈值、温度采集频率、传感器发射功率、信号接受门限等参数 设定和系统设备对时等功能;综合分析模块的超温故障诊断单元通过对照开关柜温度和实 时负荷等方式实现超温故障诊断,综合分析模块还提供了与状态检修等专家系统的数据 接口,能够实现温度数据的综合利用;远程维护模块提供了初始化、重启、升级等远程维护 操作,能够处理系统运行过程中的各类异常事件(如设备掉电、主站异常关闭、实时数据丢 失)主动上报及预警,以便相关运行管理人员及时采取维护措施,保证系统长期稳定运行。 根据实际情况,测温主控终端4的这些应用功能可以作为电力自动化系统的一个功能模块 存在(将温度信息通过标准数据接口接入电力自动化系统),也可以单独作为一套温度监 测的主站系统。各类运行管理人员通过远程访问及时准确的监控被测设备运行温度情况。
[0031] 下面对本实用新型的部分架构进一步说明:
[0032] 温度采集器6 :采用SAW传感器,通过无线方式采集开关柜内一组传感器的温度数 据,其安装位置没有特别的要求,以方便取电、走线为原则选择安装位置即可,如开关柜的 仪表室13。温度传感器7是直接安装在被测物体表面的测温元件,它负责接收探询射频信 号,并返回带温度信息的射频信号到温度采集器6。
[0033] 测温主控终端4:安装在变电站主控室或其他方便与采集器进行通信的场所,提 供所有的站内温度采集装置(温度采集器6和温度传感器7等)与本地主站9或远程监控 终端1的统一通信接口及协议转换。
[0034] 变电站站内的各温度采集器6均配置有无线通信模块,它们通过无线通信信道与 测温主控终端4进行数据交换,变电站内无需布线。
[0035] 下面结合附图对本实用新型的监测点作进一步说明:
[0036] 参见图2~图3,本实用新型温度采集终端的监测点(即SAW传感器的安装位置) 为:
[0037] 1).固定柜的断路器上、下连接点10和电缆接头11 ;
[0038] 2).手车柜的断路器动、静触头20和电缆接头21。
[0039] 实施例2
[0040] 参考图1,本实施例的测温主控终端4配有无线通信模块(即温度采集终端的第 二通信模块),所述测温主控终端4和温度采集终端均配置有无线通信模块,用以将CAN总 线网络替换为无线自组网络,实现测温主控终端4与温度采集终端的通信连接,这就使得 变电站内的多个开关柜组成无线自组网进行数据本地传输。而本实施例的其他部分设置相 同。
[0041] 下面对本实用新型的基本工作原理作进一步说明:
[0042] 参考图1~图4,SAW传感器采用无线采样方式获取监测点的温度信号,并通过无 线自组网络将采集到的温度信号发送给温度采集器6,温度采集器6在其发射周期,负责循 环发射428~439MHz的射频脉冲,通过控制接收到的温度信号的频率值使系统实现谐振激 励;温度采集器6在其接收周期,返回的传感信号(温度信号)被温度采集器6接收到,完 成放大、下变频、滤波,并转换成数字信号,最终实现参数的检测,再通过上行信道传递到测 温主控终端4 ;测温主控终端4是无源供电无线测温在线监测系统的核心设备,负责统一进 行对本区域内所有被测设备温度信息的采集、分析、存储管理、温度告警、数据转发、参数设 置及协议转换。测温主控终端4下行通过CAN总线网络或无线自组网络与多个温度采集器 6连接,获得所连接传感器的温度信息,测温主控终端4根据设定的参数,分析温度信息以 确定是否产生告警信息;测温主控终端4上行通过RS485总线接口 3按照指定的标准规约 将温度或告警信息传入后台主站系统(SCADA系统),SCADA系统对现场的运行设备进行监 视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。
[0043] 下面再对于本实用新型的特点作进一步说明:
[0044] 1).本实用新型采用SAW传感器,即表面声波传感器,它是基于表面声波(Surface AcousticWave)技术的一种应变传感器,采用被动感应方式,无需电池驱动,减少了电池更 换带来的维护成本,同时不会对生态环境造成影响。
[0045] 2).本实用新型的SAW传感器采用无线采样方式获取监测点的温度信息,无需在 监测点或相关支撑结构上连线,传感器与接收设备之间无电气联系,从而实现了高压隔离, 保障设备安全运行。
[0046] 3).本实用新型采用无源无线温度传感器7 (SAW传感器),体积小,且与采集器之 间数据无线传输,安装方便灵活,不受开关柜结构和空间影响,其无源无线的工作方式令本 实用新型的安装、维护成本大大降低。
[0047] 4).本实用新型采用的温度传感器7 (SAW传感器)具有很强的环境适应性,它通 过匹配软件的校正后就已经补偿了传感器制作过程中的偏差,并且传感器可在任何工作温 度范围内的温度进行调试,不会受季节因素影响。通常情况下,温度传感器7只在安装后调 试一次,并保持多年不需再校正。同时,灰尘堆积等环境因素不会对SAW传感器测温产生影 响。
[0048] 下面对本实用新型的SAW传感器作进一步说明:
[0049] SAW传感器采用的表面声波技术应用了晶体材料的物理特性,晶体的物理特性的 改变通过压电感应原理被自动转化成了电信号。其工作原理是将射频信号发射到压电材料 的表面,然后将受到温度影响了的反射波再转回电信号从而获取温度数据。表面声波技术 的最大好处是利用了传感器的被动工作原理:即在非常规的运行环境下(高电压、高电流) 实现无线温度数据采集。
[0050] SAW传感器还具有以下特点:
[0051] (1).高精度,高灵敏度。将被测量转换成频率进行测量,频率测量精度很高,有效 检测范围线性好,抗干扰能力强,适合于远距离传输;
[0052] (2).数字化频率信号易于传输,处理,与计算机接口;
[0053] (3).制作与集成电路技术兼容,易集成化,智能化,重复性和可靠性好,适于批量 生产;
[0054] (4).体积小,重量轻,功耗低,可获得良好的热性能和机械性能。
[0055] SAW传感器的技术指标如下表所示:
[0056]
Figure CN204924486UD00071
[0057] 温度采集器6的技术指标如下表所示:
[0058]
Figure CN204924486UD00081
[0060] 测温主控终端4的技术指标如下表所示:
[0061]
Figure CN204924486UD00091

Claims (10)

1. 一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,包括采用SCADA系统的远程监 控终端,远程监控终端通过RS485总线接口通信连接有测温主控终端,所述测温主控终端 通过RS485总线接口连接有本地主站,测温主控终端通过CAN总线网络与至少一个温度采 集终端通信连接,温度采集终端包括温度采集器,温度采集器无线连接有温度传感器。
2. 如权利要求1所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述本地 主站设有显示终端。
3. 如权利要求2所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述显示 终端采用IXD显示屏。
4. 如权利要求1所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述测温 主控终端包括综合分析模块,综合分析模块上连接有协议转换模块、报警模块、存储模块、 通信模块、参数设定模块以及远程维护模块。
5. 如权利要求4所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述参数 设定模块包括温度校准单元、多种预警阈值单元、温度采集频率单元、传感器发射功率单 元、信号接受门限单元和系统设备对时单元;综合分析模块包括综合统计分析单元,综合统 计分析单元连接有超温故障诊断单元和温度趋势预测单元。
6. 如权利要求1所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述测温 主控终端和温度采集终端均配置有无线通信模块,用以将CAN总线网络替换为无线自组网 络,实现测温主控终端与温度采集终端的通信连接。
7. 如权利要求1或6任一项所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于, 所述温度采集终端至少设有一组,每一组包括一个温度采集器和至少一个温度传感器,每 一组内的温度采集器与温度传感器采用无线通信连接。
8. 如权利要求7所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,当测温主 控终端采用CAN总线网络与温度采集终端通信连接时,所述每一组温度传感器和温度采集 器之间通过CAN总线网络进行通信连接; 当测温主控终端采用无线自组网络与温度采集终端通信连接时,所述每一组温度传感 器和温度采集器之间通过无线自组网络进行通信连接。
9. 如权利要求1所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述温度 采集器还连接有监测仪。
10. 如权利要求1所述的一种新型无源无线温度监测预警系统,其特征在于,所述温度 传感器采用SAW传感器,其安装位置为: 1) .固定柜的断路器上、下连接点和电缆接头; 2) .手车柜的断路器动、静触头和电缆接头。
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