CN209264149U - 一种输电线温度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种输电线温度检测装置，该装置包括上半球体（2）和下半球体（3），其特征在于：上半球体（2）与下半球体（3）间采用蚌壳式开合连接,在下半球体（3）内侧设置一测温头（5），在下半球体（3）内设置微控制器（304）和无线传输模块（305），在上半球体的上表面设置有微控制器（304）和无线传输模块（305）供电的太阳能电池板（7）。结构简洁，易于实现智能检测和控制。结构简洁，体积小，易于拆装，功耗低，可以在线检测输电线路的状态，可以长期稳定工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动检测技术领域，尤其涉及一种输电线温度检测装置。
背景技术
输电线路温度可以反映输电线的工作状态，是实现输电线安全运行或输电线增容需要检测的一项重要参数。传统的输电线路温度检测靠人工巡检实现，存在人工劳动量大，不能实现实时掌握输电线状态的缺点。此外，为了实现输电线安全运行，除了对输电线进行温度检测，还需要对输电线路的输送电流和输电线摆动进行检测。
随着物联网技术的发展，已经出现了对输电线的温度、电流及摆动参数进行在线监测的技术，具体情况如下：
申请号为CN201520963536.3，发明名称为“一种输电线路温度在线监测系统”的专利申请，公开了一种输电线路温度在线监测系统，通过在每个电缆塔中采用低功耗无线传感器作为测温装置并设置单塔网关，构建了一个单塔无线传感网络，不仅使得传感器可以以电池或太阳能供电，解决传感设备的供电问题，还能够克服现有监测系统和方法中依赖单一传感器精度的缺陷，通过综合多个传感器信息判断是否存在异常，使得电缆温度的监测更加科学和准确，减少误报的几率；另外还通过采用管理网关汇集各电缆塔的数据并以GPRS/3G的方式传输至数据管理终端，可以克服现有监测系统中每个电缆塔的数据各自以GPRS/3G的方式向数据管理终端传输数据所造成的成本高的问题。
申请号为CN201610938233.5，发明名称为“一种输电线路舞动在线监控系统”的专利申请公开了一种输电线路舞动在线监控系统，包括无线加速度检测模块，用于采集输电线路各监测点的位移加速度信号；杆塔监测模块，用于采集输电线路周围环境的气象信息和杆塔线路的覆冰状态，并接收无线加速检测模块的位移加速信号；监控中心，用于接收并处理各采集信号以得到输电线路舞动状态；和电源模块，用于为无线加速度检测模块和杆塔监测模块提供电源。本发明的输电线路舞动在线监控系统具有结构简单、能实时监测输电线路舞动以及监测精准等优点。
申请号为CN201710335589.4，发明名称为“简易型的输电线路故障在线定位监测系统”公开了一种简易型的输电线路故障在线定位监测系统，其中包含对输电的导线进行监测的故障检测器；所述故障检测器中设置有一个球体，其包含可分开或合拢的两个半球体；所述故障检测器设置有第一电流互感器、第二电流互感器，其各自使用可随两个半球体分开而分开，随两个半球体合拢而合拢的罗氏线圈；所述第一电流互感器在合拢时，环绕在导线的外侧进行取电；所述第二电流互感器在合拢时，环绕在导线的外侧进行输电参数的采样；所述故障检测器设置有通讯单元，将该故障检测器监测导线输电参数得到的数据向外传输。本发明可以对输电系统的各种故障，包括相间短路和单相接地故障等，进行检测和定位。
现有技术中，虽然现在有技术可以实现对传输线的温度、摆动及电路的在线监测，但是，现有产品普遍存在结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点。
针对上述问题，需要提供一种新的传输线温度检测装置，以克服现有技术中存在的结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点这些缺点中的至少一种。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种结构紧凑、拆装简便、功耗小和使用寿命长的传输线温度检测装置，克服现有技术中存在的结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点这些缺点中的至少一种。进一步地，综合实现对输电线温度、电流和位移的在线监测。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种输电线温度检测装置，包括上半球体（2）和下半球体（3），其特征在于：上半球体（2）与下半球体（3）间采用蚌壳式开合连接,在下半球体（3）内侧设置一测温头（5），在下半球体（3）内设置微控制器（304）和无线传输模块（305），在上半球体的上表面设置有向微控制器（304）和无线传输模块（305）供电的太阳能电池板（7）。
优选地，所述测温头（5）压触在被测导线表面，并且测温头（5）与微控制器（304）之间存在电连接。
优选地，所述无线传输模块（305）的天线（8）位于下半球体（3）内，无线传输模块（305）通过其与微控制器（304）之间的数据传输接口获取导线温度参数，并将该温度参数通过天线（8）传输给无线接入点或基站。
优选地，所述太阳能电池板（7）通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向微控制器（304）供电。
进一步地，太阳能电池板（7）还通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向升压稳压电路（309）供电。
优选地，所述微控制器（304）包含温度变化步长门限存储电路和温度变化量判决电路，在温度变化量判决电路输出温度变化量小于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的温度值。
进一步地，所述下半球体（3）内还包含霍尔传感器（9）和加速度传感器（11）中的至少一种；其中，
加速度传感器（11）与微控制器（304）之间存在电连接；和/或
霍尔传感器（9）与微控制器（304）之间存在电连接。
本实用新型提供的装置，克服了现有技术中存在的结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点这些缺点中的至少一种。结构简洁，体积小，易于拆装，功耗低，可以在线检测输电线路的状态，可以长期稳定工作。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述。
附图说明
图1是本实用新型实施例给出的输电线温度检测装置打开状态下的结构示意图；
图2是本实用新型实施例给出的输电线温度检测装置安装状态下的结构示意图；
图3是本实用新型实施例给出的输电线温度检测装置的电路连接关系示意图。
图中，1、搭扣；2、上半球体；3、下半球体；4、稳固件；5、测温头；6、锁紧螺栓；7、太阳能电池板；8、天线；9、霍尔传感器；10、磁环；11、加速度传感器。
具体实施方式
本实用新型提供的装置实施例，可以克服现有技术中存在的结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点这些缺点中的至少一种。结构简洁，体积小，易于拆装，功耗低，可以在线检测输电线路的状态，可以长期稳定工作。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
本实用新型提供的输电线温度检测装置，参见图1、图2和图3所示，包括：
一种输电线温度检测装置，包括上半球体（2）和下半球体（3），其特征在于：上半球体（2）与下半球体（3）间采用蚌壳式开合连接,在下半球体（3）内侧设置一测温头（5），在下半球体（3）内设置微控制器（304）和无线传输模块（305），在上半球体的上表面设置有向微控制器（304）和无线传输模块（305）供电的太阳能电池板（7）。
本实施例中，所述上半球体（2）与下半球体（3）间采用蚌壳式开合连接，具体连接部件的结构为：在上半球体（2）的一侧以及下半球体（3）的对应一侧分别设置合页结构或铰链结构，通过该结构实现上半球体（2）与下半球体（3）间的蚌壳式开合连接。
为了使后续的结构及电路连接描述更为清晰和更易于理解，下面对图1、图2给出的结构关系以及图3给出的电路连接关系做出说明。
图1和图2中，上半球体（2）与下半球体（3）的外壳体使用材料是良导体（在电场中，电荷分布在壳体表面，壳体为静电平衡的等势体，内部元器件被静电屏蔽），并且，外壳体表面为光滑、连续的椭球体结构（无突出物，不易产生尖端放电），壳体表面电势差为零，及设备表面没有电势差，实现了等电位结构，满足了高压及超高压输电线路上的应用需求；
优选地，上半球体（2）与下半球体（3）的外壳体采用铝合金材质的开合式椭球体外壳。
霍尔传感器（9）为开口式霍尔电流传感器，当上半球体（2）与下半球体（3）处于蚌壳式打开状态时，霍尔电流传感器的磁回路被切断，当上半球体（2）与下半球体（3）处于蚌壳式闭合状态时，霍尔电流传感器的磁回路建立；霍尔电流传感器体积小、量程大、精度较高，可交、直流通用；
本实施例中，基于磁平衡式霍尔原理及闭环原理，使用霍尔传感器（9）以非接触方式测量导线电流；电流过载能力强、交直流通用。
搭扣（1）位于半球体上与蚌壳式开合连接部件相对的一侧，该搭扣（1）用于将上半球体（2）与下半球体（3）简便地扣合在一起，以便于后续使用锁紧螺栓（6）在上半球体（2）与下半球体（3）间做进一步的固定。
稳固件（4）分别位于上半球体（2）、下半球体（3）的内侧，用于实现上半球体（2）和下半球体（3）对输电线的柔性挤压，即在保障不损伤输电线表面的前提使上半球体（2）和下半球体（3）稳固地挤压在输电线表面不发生位移，通常，稳固件（4）采用塑料、聚氨酯或橡胶材料制作；优选地，稳固件（4）使用硅橡胶制作。
测温头（5）位于下半球体（3）的内侧，测温头（5）设置在弹性部件上，该弹性部件将测温头（5）挤压在输电线表面，通常该弹性部件为塑料、聚氨酯或橡胶材料制作；优选地，该弹性部件使用硅橡胶制作；更优选地，该弹性部件作为使用硅橡胶制作的稳固件（4）的一部分。
锁紧螺栓（6）位于半球体上与蚌壳式开合连接部件相对的一侧，锁紧螺栓（6）由金属材料制作，作为上半球体（2）与下半球体（3）外壳体间的导电通道。
太阳能电池板（7）用于提供工作电能，本实施例给出的供电方案为太阳能电池+超级电容作为主电源，一次性长寿命电池作为备用电源；该供电方式延长了电池寿命，可长期免维护运行；得益于电路及数据处理、数据发送策略的实施带来的低功耗设计，小容量的太阳能电池板和电池即可满足电源设计要求，产品体积小、重量轻。
具体地，作为所述超级电容的一种实现方式，本实施例使用的超级电容为HLC(Hybrid Layer Capacitor)超级电容。
天线（8）与结构共形，不影响等电位结构的实现。
磁环（10）位于上半球体（2）与下半球体（3）内，为使用霍尔传感器（9）以非接触方式测量导线电流提供磁路。
加速度传感器（11）为MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）三轴加速度传感器，用于测量输电线的加速度，通过对输电线加速度的积分运算，获取输电线的位移量；该加速度传感器（11）安装在下半球体（3）内的电路板上。
图3是本实用新型实施例给出的输电线温度检测装置的电路连接关系示意图，该图给出的电路连接关系可以综合实现输电线温度测量、输电线电流测量和输电线振动/位移测量。
本实施例给出的装置，其中，测温头（5）压触在被测导线表面，并且测温头（5）与微控制器（304）之间存在电连接。
本实施例给出的装置，其中，无线传输模块（305）的天线（8）位于下半球体（3）内，无线传输模块（305）通过其与微控制器（304）之间的数据传输接口获取导线温度参数，并将该温度参数通过天线（8）传输给无线接入点或基站。
进一步地，无线传输模块（305）为微控制器（304）包含的内置模块。
具体地，所述无线传输模块（305）使用的无线传输协议为蓝牙、loRa、802.11ah、NB-IOT、企业公开协议和私有协议中的任一种；
具体地，loRa（Long Range ）为一种低功耗远距离无线传输协议。
本实施例给出的装置，其中，太阳能电池板（7）通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向微控制器（304）供电。
所述太阳能电池板（7）的额定输出电压为3V，通过电压变换器（302）（开关电容式电压变换器）升压后送给直流稳压电路（303），直流稳压电路（303）给超级电容（307）恒压充电，充电电压限定为3.6V。
进一步地，太阳能电池板（7）还通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向升压稳压电路（309）供电。
所述升压稳压电路（309）输出稳定的5V电源，该5V电源输出至霍尔传感器（9）；其中，霍尔传感器（9）的工作电压为5V±0.5V，升压稳压电路（309）的关断电流小于1μA。
进一步地，所述霍尔传感器（9）需要的最大工作电流为15mA，采用两个传感器组成差分输出，因此需要的最大工作电流可达30mA@5V（输入电流可达45mA@3.6V）。鉴于超级电容（307）的持续放电电流远远大于45mA，可满足霍尔传感器（9）电路的工作需求。
本实施例中，锂亚电池（306）串联二极管后给超级电容（307）充电，二极管压降约为0.25V（正向电流1μA）；
具体地，锂亚电池（306）的电压约为3.6V，因此，在锂亚电池电量充足的情况下，无论是否有太阳能，超级电容（307）上电压维持在3.3V以上。
测温头（5）和加速度传感器（11）的工作电流较小，可使用微控制器的IO口直接供电；
优选地，使用MOS管开关（310）控制测温头（5）和加速度传感器（11）的上电，目的是保障测温头（5）和加速度传感器（11）能稳定工作。
本实施例中，微控制器（304）与模数转换器（312）之间存在数据传输接口，模数转换器（312）对霍尔传感器（9）输出的模拟量进行数字转换，并将转换结果输出至微控制器（304）。
本实施例给出的装置，其中，微控制器（304）包含温度变化步长门限存储电路和温度变化量判决电路，在温度变化量判决电路输出温度变化量小于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的温度值。
具体地，所述温度变化步长门限，是指当前的温度测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的温度测量值之间的差值的绝对值门限，该绝对值门限值的取值范围在闭区间[0.1,5]之间，或者说，该绝对值门限的绝对值的取值范围在0.1度至5度之间（含0.1度和5度）；
优选地，该门限值的绝对值的取值范围在0.1度至1度之间（含0.1度和1度）。
具体地，所述在温度变化量判决电路输出温度变化量小于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的温度值，包括：
温度变化量判决电路计算当前的温度测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的温度测量值之间的差值的绝对值是否大于温度变化步长门限；
若是，则微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报当前的温度测量值；
若否，则微控制器（304）不上报当前的温度测量值。
本实施例中，所述在温度变化量判决电路输出温度变化量小于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的温度值，是通过不上报温度变化步长门限内的温度测量值来降低功耗。
进一步地，本实施例给出的装置，其中，半球体（3）内还包含霍尔传感器（9）和加速度传感器（11）中的至少一种；其中，
加速度传感器（11）与微控制器（304）之间存在电连接；和/或
霍尔传感器（9）与微控制器（304）之间存在电连接。
具体地，所述加速度传感器（11）与微控制器（304）之间存在电连接，其实现方式为：加速度传感器（11）用于测量输电线的振动或位移，加速度传感器（11）输出的模拟量被送往微控制器（304）。
具体地，所述霍尔传感器（9）与微控制器（304）之间存在电连接，其实现方式为：霍尔传感器（9）用于测量输电线的电流量，霍尔传感器（9）输出的模拟量经过模数转换器（312）转换成数字量，然后该数字量被送往微控制器（304）。
本实施例给出的装置，其中，所述微控制器（304）还包含输电线位移步长门限存储电路和使用加速度传感器（11）的输电线位移量判决电路，在输电线位移量判决电路输出输电线位移量小于所述输电线位移步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的加速度值。
具体地，所述输电线位移步长门限，是指当前的位移测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的位移测量值之间的差值的绝对值门限，该绝对值门限值的取值范围在闭区间[1,10]之间，或者说，该绝对值门限的绝对值的取值范围在1厘米至10厘米之间（含1厘米和10厘米）；
优选地，该门限值的绝对值的取值范围在1厘米和5厘米之间（含1厘米和5厘米）。
具体地，所述在位移变化量判决电路输出位移变化量小于所述位移变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的位移值，包括：
位移变化量判决电路计算当前的位移测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的位移测量值之间的差值的绝对值是否大于位移变化步长门限；
若是，则微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报当前的位移测量值；
若否，则微控制器（304）不上报当前的位移测量值。
本实施例中，所述在位移变化量判决电路输出位移变化量小于所述位移变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的位移值，是通过不上报位移变化步长门限内的位移测量值来降低功耗。
本实施例给出的装置，其中，所述微控制器（304）还包含电流变化步长门限存储电路和电流变化量判决电路，在电流变化量判决电路输出电流变化量小于所述电流变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的电流值。
具体地，所述电流变化步长门限，是指当前的电流测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的电流测量值之间的差值的绝对值门限，该绝对值门限值的取值范围在闭区间[1,100]之间，或者说，该绝对值门限的绝对值的取值范围在1安培至100安培之间（含1安培和100安培）；
优选地，该门限值的绝对值的取值范围在1安培和10安培之间（含1安培和10安培）。
具体地，所述在电流变化量判决电路输出电流变化量小于所述电流变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的电流值，包括：
电流变化量判决电路计算当前的电流测量值与之前微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报的电流测量值之间的差值的绝对值是否大于电流变化步长门限；
若是，则微控制器（304）通过无线传输模块（305）上报当前的电流测量值；
若否，则微控制器（304）不上报当前的电流测量值。
本实施例中，所述在电流变化量判决电路输出电流变化量小于所述电流变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的电流值，是通过不上报电流变化步长门限内的电流测量值来降低功耗。
本实施例给出的装置，其中，所述微控制器（304）还包含测量间隔调整电路，测量间隔调整电路与测量唤醒电路之间存在电连接，在温度变化量判决电路输出温度变化量大于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，测量间隔调整电路缩小其触发测量唤醒电路的时间间隔；或
在电流变化量判决电路输出电流变化量大于所述电流变化步长门限的判决结果的情况下，测量间隔调整电路缩小其触发测量唤醒电路的时间间隔；或
在输电线位移量判决电路输出输电线位移量大于所述输电线位移步长门限的判决结果的情况下，测量间隔调整电路缩小其触发测量唤醒电路的时间间隔。
本实施例中，通过加大测量间隔降低功耗，并通过缩小测量间隔来跟踪快速变化的温度、位移和电流中的至少一种。
以上所述，只是本实用新型的较佳实施方案而已，并非用来限定本实用新型的保护范围。任何本实用新型所述领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的保护范围以所附权利要求的界定范围为准。
本实用新型给出的装置，克服了现有技术中存在的结构复杂、体积大、拆装困难、功耗大的缺点这些缺点中的至少一种。结构简洁，体积小，易于拆装，功耗低，可以在线检测输电线路的状态，可以长期稳定工作。
Claims (9)
1.一种输电线温度检测装置，包括上半球体（2）和下半球体（3），其特征在于：上半球体（2）与下半球体（3）间采用蚌壳式开合连接,在下半球体（3）内侧设置一测温头（5），在下半球体（3）内设置微控制器（304）和无线传输模块（305），在上半球体的上表面设置有向微控制器（304）和无线传输模块（305）供电的太阳能电池板（7）。
2.根据权利要求1所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述测温头（5）压触在被测导线表面，并且测温头（5）与微控制器（304）之间存在电连接。
3.根据权利要求1所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述无线传输模块（305）的天线（8）位于下半球体（3）内，无线传输模块（305）通过其与微控制器（304）之间的数据传输接口获取导线温度参数，并将该温度参数通过天线（8）传输给无线接入点或基站。
4.根据权利要求1所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述太阳能电池板（7）通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向微控制器（304）供电。
5.根据权利要求4所述的输电线温度检测装置，其特征在于：太阳能电池板（7）还通过电压变换器（302）、直流稳压电路（303）、超级电容（307）向升压稳压电路（309）供电。
6.根据权利要求1所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述微控制器（304）包含温度变化步长门限存储电路和温度变化量判决电路，在温度变化量判决电路输出温度变化量小于所述温度变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的温度值。
7.根据权利要求1所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述下半球体（3）内还包含霍尔传感器（9）和加速度传感器（11）中的至少一种；其中，
加速度传感器（11）与微控制器（304）之间存在电连接；和/或
霍尔传感器（9）与微控制器（304）之间存在电连接。
8.根据权利要求6和7任一项所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述微控制器（304）还包含输电线位移步长门限存储电路和使用加速度传感器（11）的输电线位移量判决电路，在输电线位移量判决电路输出输电线位移量小于所述输电线位移步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的加速度值。
9.根据权利要求6和7任一项所述的输电线温度检测装置，其特征在于：所述微控制器（304）还包含电流变化步长门限存储电路和电流变化量判决电路，在电流变化量判决电路输出电流变化量小于所述电流变化步长门限的判决结果的情况下，所述微控制器（304）不向无线传输模块（305）发送其获取的电流值。
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- 2018-05-13 CN CN201820704652.7U patent/CN209264149U/zh active Active
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