CN211183834U - 一种取电环、高压电网接点温度检测装置及监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种取电环、高压电网接点温度检测装置及监测系统，取电环环绕靠近高压电网接点的柱状导电体设置，取电环包括多支热电偶，多支热电偶按从第一支热电偶到最后一支热电偶的顺序沿柱状导电体周向排布；每支热电偶由不同材料的第一导体和第二导体组成，每支热电偶的第一导体和第二导体的定义热端相互连接，其定义冷端相互不连接；取电环内侧设有绝缘导热层，各热电偶的定义热端紧贴绝缘导热层布置，热电偶的定义热端外侧加设绝缘隔热层，各热电偶的定义冷端向外弯折布置在绝缘隔热层外侧。本实用以无线模块采集电接点温度，电能完全自给，省去安装连线等可能造成的不利影响，极大提高了安装便利性,极大地方便了测温系统组合扩容。

Description

一种取电环、高压电网接点温度检测装置及监测系统

技术领域

本实用新型涉及测控技术领域，涉及温度检测技术，具体涉及高压电网接点的无线温度检测。

背景技术

高压电网及电器中拥有大量的电连接点，因存在接点电阻，在大电流工作态发热难以避免，而过渡发热将导致接点熔焊、绝缘失效等一系列问题，进而带来重大的电网运行安全隐患。

以红外测温工具实施人工非接触的电接点测温，早已在众多的输变电系统中普遍应用；构建多点温度巡检系统，也是监控电网中接点发热的主要检测技术手段之一。前者方法需要依靠人工逐点检测及数据汇总，后者方法涉及众多的接点连线，在输变电站往往不被允许。解决问题的一种思路是构建无线多点温度检测系统，实现发热点温度数据的自动采集及分析利用。但是，这种方法在实现时要求无线测温单元配备可长期持久工作的电源，以电池供电仍然存在供电时长和安装体积等限制的问题。

传统的温度巡检系统，由多点温度采集传感头采集温度信号，以有线方式传输到温度巡检仪。这种系统构成方式，各个温度传感器必须独立贴附安装于测温点，且需布置连接导线将信号引入巡检仪，这在高压电网种常常是不允许或需较繁琐的施工投入。

改进的多点温度检测系统，有以无线温度采集模块组网并将采集到的温度信号汇集到主机的，解决了从传感器到主机的连接线不适用于高压电网布线的问题。但是，无线温度采集模块工作和无线信号通讯需要电源，即使是低功耗电路设计，模块自带小容量锂电池一般也仅能维持数年工作寿命，且信号采集及通讯越频繁耗电越大，维持时间越短。

有大电流通过的导电体上可能以感应取电方式为温度采集模块供电，但在高压电网上取电，仍需考虑好其取电装置的结构及电流超大范围变化时如何保障稳定取电等问题。

实用新型内容

本实用新型目的是针对现有技术的上述不足，给出一种无源的高压电网接点温度检测装置，直接从高压电网电连接点上以温差热电效应获取电能，在特定结构及电路连接并稳压后给温度采集装置电路供电，解决以往无线温度采集模块需要配置电池和需要定期维护的问题。

为实现上述目的，本实用新型首先设计了一种根据热电效应从靠近被检测的高压电网接点取电的取电环，所述取电环环绕靠近高压电网接点的柱状导电体设置，所述取电环包括多支热电偶，所述多支热电偶按从第一支热电偶到最后一支热电偶的顺序沿柱状导电体周向排布；

每支热电偶由不同材料的第一导体和第二导体组成，每支热电偶的第一导体和第二导体的定义热端相互连接，其定义冷端相互不连接；

第一支热电偶的第一导体的定义冷端作为取电环的第一对外连接端，第一支热电偶的第二导体的定义冷端与其后方相邻的一支热电偶的第一导体的定义冷端连接，依此类推，最后一支热电偶的第一导体的定义冷端与其前方相邻的一支热电偶的第二导体的定义冷端连接，最后一支热电偶的第二导体的定义冷端作为取电环的第二对外连接端；

取电环内侧设有紧贴柱状导电体的圆柱面安装的绝缘导热层，各热电偶的定义热端紧贴绝缘导热层布置，热电偶的定义热端外侧加设绝缘隔热层，各热电偶的定义冷端向外弯折布置在绝缘隔热层外侧。

进一步地，每支热电偶的第一导体和第二导体的定义热端接入一个第三导体，所述第三导体为片状结构，第三导体的内侧紧贴所述绝缘导热层。

进一步地，每支热电偶的第一导体的定义热端接第三导体的第一端，第二导体的定义热端接第三导体的第二端。

进一步地，相邻两支热电偶的第一导体和第二导体的定义冷端的连接方式，可以是直接连接，如第一导体的定义冷端和第二导体的定义冷端相互焊接，也可以是通过导电丝进行连接，即第一导体的定义冷端和第二导体的定义冷端分别连接一根导电丝的两端。

进一步地，所述热电偶的第一导体和第二导体分别由第一轴向段、径向段、第二轴向段构成，第一轴向段与第二轴向段之间设置绝缘隔热层，第一导体的第一轴向段一端为第一导体的热端，另一端与第一导体的径向段内端连接，第一导体的径向段的外端与第一导体的第二轴向段的一端连接，第一导体的第二轴向段的另一端为第一导体的冷端，第二导体的第一轴向段一端为第二导体的热端，另一端与第二导体的径向段内端连接，第二导体的径向段的外端与第二导体的第二轴向段的一端连接，第二导体的第二轴向段的另一端为第二导体的冷端。

基于前述的取电环，本实用新型进一步设计了一种以热电效应取电的高压电网接点温度检测装置，包括：

检测电路，包括用于检测电网接点温度的温度传感器、对温度传感器的检测信号进行处理的检测信号处理电路；

无线通信模块，用于对外无线发送检测电路所取得的电网接点温度信息；

供电电路，用于对检测电路供电；

所述供电电路，包括前文所述的取电环、以及可充电电池、充电电路、稳压电路，充电电路输入端连接取电环的输出端，充电电路的输出端连接可充电电池，取电环的输出端和充电电池的输出端分别连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端作为供电电路的电源输出端分别接检测电路和无线通信模块和电源输入端。

进一步地，所述取电环可以是尺寸与大电流管柱匹配的封闭的套环结构，也可以是柔性环带，通过拉紧锁扣方式固定安装。选择前者时，可以将构成检测信号处理电路、充电电路和稳压电路的电子元件设置于电路板上，将温度传感器与取电环中热电偶的热端设置在同一层面，将无线通信模块和电路板与套环相对固定，后者则具有对不同规格大电流管柱之间更好的匹配适应性，电路板同样也可以有柔性板和硬板之选，或者设计不同的附属安装结构。

电接点的温度采集可以热敏电阻、金属热电阻、集成温度传感器等接触式测温方式实现。取电用的热电偶原理上也可通过热电势值输出获得温度值，但热电偶在作为供电源实用时并不提倡这种采集温度值的方式。

基于上述检测装置，本实用新型进一步提供一种高压电网接点温度监测系统，包括远程监测用的系统计算机，设置于各高压电网接点的高压电网接点温度检测装置，用于通过无线的方式接收附近多个电网接点温度检测装置的检测信号，并将其转发给系统计算机的无线中继收发器。所述高压电网接点温度检测装置，采用前文所述的高压电网接点温度检测装置。

本实用新型有益效果：现有多点温度巡检系统，一般以有线连接方式汇集多个测温点温度于系统主机，众多的连线，显著增加了安装施工劳动强度，且可能影响到高压电器设备安装。本实用新型以无线模块采集电接点温度，并且电能完全自给，既省去安装连线等电网可能造成的不利影响，也极大提高了安装的便利性，以免维护方式较好地解决了对测温模块的后期维护投入问题；测温点数量不再局限于硬件接口数量，而仅有中继收发器限定通道数既软件决定，极大地方便了测温系统组合扩容。

附图说明

图1为本实用新型多个热电偶串联电路示意图;

图2为本实用新型多个热电偶串联后组成环状结构的示意图;

图3为本实用新型取电环的隔热环与多个串联热电偶未套装在一起时的示意图；

图4为本实用新型取电环的隔热环与多个串联热电偶套装在一起后的示意图；

图5为本实用新型取电环安装在导电柱上的示意图；

图6为本实用新型高压电网接点温度检测装置电路原理框图；

图7为本实用新型高压电网接点温度监测系统原理示意图。

各附图标记为：导电柱1；隔热环2；对外连接端3；第一轴向段4；径向段5；第二轴向段6；热端E；冷端F；第一导体A；第二导体B；导电铜片C；第一导电铜片C1；第二导电铜片C2；第三导电铜片C3；第四导电铜片C4；第五导电铜片C5；第六导电铜片C6；第七导电铜片C7；第八导电铜片C8；第一导电丝D1；第七导电丝D7。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型所述的检测装置及系统的结构特点及应用原理进行更进一步的解释说明。

一、取电环结构原理

如图1所示，依据热电效应，将两种不同成份的金属导体组成热电偶，当热电偶的热端E与冷端F存在温差时，热电偶回路内将产生热电势。本实用新型的取电环将多个热电偶串联，以得到热电偶组的合成电势E。其电路原理图见图1，多个串联的热电偶环绕形成圆环形状的热电偶组，其结构图见图2所示。

如图1-4所示，在结构设计上，针对高压电连接器上柱状导电支路结构，所述圆环形状的热电偶组套装在导电柱1支路的大电流接点边缘，而热电偶的冷端F则可尽量与热端E隔离。

为了使热电偶的热端E更好的获得导电柱1上的热量，贴靠导电柱1设置具有更大换热面的导电铜片C，导电铜片可以紧贴于大电流导电柱1接点表面，这样设置即可取得可靠的热端E温度，然后将热电偶的热端E与导电铜片连接。取电环内侧设有紧贴导电柱1的圆柱面安装的绝缘导热层（未图示），所述绝缘导热层在使用时，使得导电柱1与导电铜片之间绝缘。

热电偶的热端E与冷端F之间以高性能隔热材料制作的隔热环2进行隔离，使得冷热端E容易形成确切的温差而形成电势。

下面具体来说明取电环在导电柱1接点的安装结构：

在图1、图2所示的例子中，取电环一共由八支热电偶沿隔热环2周向排布组成，这八支热电偶依次为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八热电偶；每支热电偶由分别为不同金属材料的第一导体A和第二导体B组成；第一热电偶的第一导体A的冷端F和第八热电偶的第二导体B的冷端F分别作为取电环的两个对外连接端3，第一热电偶的第一导体A的热端E与第一热电偶的第二导体B的热端E通过第一导电铜片C1连接，第一热电偶的第二导体B的冷端F与第二热电偶的第一导体A的冷端F通过第一导电丝D1连接，第二热电偶的第一导体A的热端E与第二热电偶的第二导体B的热端E通过第二导电铜片C2连接，……，第七热电偶的第一导体A的热端E与第七热电偶的第二导体B的热端E通过第七导电铜片C7连接，第七热电偶的第二导体B的冷端F与第八热电偶的第一导体A的冷端F通过第七导电丝D7连接，第八热电偶的第一导体A的热端E与第八热电偶的第二导体B的热端E通过第八导电铜片C8连接。

每支热电偶的第一导体A和第二导体B均为由第一轴向段4、径向段5、第二轴向段6组成的三段式结构。其中第一轴向段4的第一端作为第一导体A、第二导体B的热端E与导电铜片连接，第一轴向段4的第二端与径向段5内端连接，径向段5的外端与第二轴向段6的第一端连接，第二轴向段6的第二端沿轴向向第一轴向段4的第一端方向延伸，第二轴向段6的第二端作为第一导体A、第二导体B的冷端F；

各热电偶的第一导体A和第二导体B的第一轴向段4和各导电铜片处于同一层面上位于隔热环2内侧，各热电偶的第一导体A和第二导体B的第二轴向段6和各导电丝处于同一层面上位于隔热环2外侧。为确保热电偶组中导电铜片与导电柱1表面的可靠地接触换热，取电环结构设计上允许热电偶组及隔热环2收紧并固定，例如，将图2热电偶组和隔热层设计成开环柔性带，以尼龙链扣拉紧锁扣（作为另外一种实施方式，未图示）。

这种利用温差发电的取电方式，既适用于交流也适用于直流输电场合，相对于仅适用于交流输电场合的线圈感应取电方式，明显更优。温差发电中的隔热环2，也有助于取得相对准确的电接点温升值。

二、检测装置

温度传感器可选用热敏电阻、金属电阻或其它温度传感器。采集接点温度用的温度传感器与导电铜片布置在同一层面上，另外配置一个检测环境温度的温度传感器。因大电流导致的发热温升值由两个温度传感器综合得出,作为评估大电流接点接触电阻和接头问题的依据。

检测装置的电路原理框图如图6所示。当热电偶组产生电能足以支撑单片机检测和通讯电路工作时，可直接为电路系统供电。当热电偶有富余电能时，可给电池组充电；在热电偶温差电势很小时，仍可给电池组充电。

配置电池组，是基于电路系统供电冗余设计的考虑，即如果没有电池组，电路系统在热电偶组发电达标时工作，因温差很小而使发电不达标时则不工作。对照电接点测温的实际需求，接点温升比较小时不测温，是可被允许的。在配置电池组后，可实现无接点温升及小温升时，电路系统仍能工作，在需要缩短温差采集周期、额外增加无线通讯频次时，可体现出其优势。

考虑到发出电能的高效利用，电路系统优选按低功耗标准设计；按合理的管控要求，限制温度采集、尤其是无线通讯的频次。

三、监测系统

参照图7，监测系统由多个接点温度检测装置、无线中继收发器、计算机系统三部分组成。其中中继收发器主要汇总各接点温度检测装置发来的各电网接点温度值，并传输给系统计算机，也可接收来自系统计算机指令唤醒各接点温度检测装置，以及配置各接点温度检测装置的工作模式。系统计算机可结合各接点环境条件，分析接点温升是否在允许范围内，一旦超过允许范围，可发出预警、维护提示等信息。

四、应用实施过程

在结构及组装上，多对热电偶串联组成热电偶组，每对热电偶的热端E连接有导电铜片，用于贴合大电流管柱表面获取热点温度，相关冷端F全部与热端E以隔热材料隔离，配置在隔热材料的外侧，可获取环境冷端F温度。热电偶组和隔热材料层，可做成一体柔性带，以捆绑方式固定于大电流管柱的接头边；相关工作电路板可也可固定与隔热层外侧面上。采集大电流管柱接头发热温度的传感器埋置于热电偶测量端铜片边沿；采集环境温度的传感器直接布置于电路板上。

在工作原理上，热电偶串联组用于产生电能，经过电池组稳压电路稳压后为整个温度检测电路供电。采用双路温度传感器分别采集大电流管柱接头温度和环境温度，以评估和确定接点温升。测得的温度（或温升）值，以WiFi或蓝牙通讯方式向外部数据接收终端/中继发出。当电压采集量过低时，电路系统因供电不足而进入休眠态，此时也意味着热电偶组热端E与冷端F温差小，对应的大电流接触头温升低而无需监测。当然，如果热电偶组输出电势低，而电池组电压足够驱动电路工作，温度量仍可采集输出，具体可由单片机系统温度采集控制周期或外部指令决定。如图7所示电网接点温度监测系统，可以无线中继收发器通道容量及其分布区域要求自由组合监测系统的规模。

Claims (10)

1.一种用于从高压电网接点取电的取电环，所述取电环环绕靠近高压电网接点的柱状导电体设置，其特征在于，所述取电环包括多支热电偶，所述多支热电偶按从第一支热电偶到最后一支热电偶的顺序沿柱状导电体周向排布；

每支热电偶由不同材料的第一导体和第二导体组成，每支热电偶的第一导体和第二导体的定义热端相互连接，其定义冷端相互不连接；

第一支热电偶的第一导体的定义冷端作为取电环的第一对外连接端，第一支热电偶的第二导体的定义冷端与其后方相邻的一支热电偶的第一导体的定义冷端连接，依此类推，最后一支热电偶的第一导体的定义冷端与其前方相邻的一支热电偶的第二导体的定义冷端连接，最后一支热电偶的第二导体的定义冷端作为取电环的第二对外连接端；取电环内侧设有紧贴柱状导电体的圆柱面安装的绝缘导热层，各热电偶的定义热端紧贴绝缘导热层布置，热电偶的定义热端外侧加设绝缘隔热层，各热电偶的定义冷端向外弯折布置在绝缘隔热层外侧。

2.根据权利要求1所述的取电环，其特征在于，所述取电环为封闭的套环结构。

3.根据权利要求1所述的取电环，其特征在于，所述取电环为可以通过拉紧锁扣方式固定安装的柔性环带。

4.根据权利要求1所述的取电环，其特征在于，每支热电偶的第一导体和第二导体的定义热端接入一个第三导体，所述第三导体为片状结构，第三导体的内侧紧贴所述绝缘导热层。

5.根据权利要求1所述的取电环，其特征在于，相邻两支热电偶的第一导体和第二导体的冷端的连接方式是两者直接连接，或者是两者通过导电丝连接。

6.根据权利要求1所述的取电环，其特征在于，所述热电偶的第一导体和第二导体分别由第一轴向段、径向段、第二轴向段构成，第一轴向段与第二轴向段之间设置绝缘隔热层，第一导体的第一轴向段一端为第一导体的热端，另一端与第一导体的径向段内端连接，第一导体的径向段的外端与第一导体的第二轴向段的一端连接，第一导体的第二轴向段的另一端为第一导体的冷端，第二导体的第一轴向段一端为第二导体的热端，另一端与第二导体的径向段内端连接，第二导体的径向段的外端与第二导体的第二轴向段的一端连接，第二导体的第二轴向段的另一端为第二导体的冷端。

7.一种以热电效应取电的高压电网接点温度检测装置，包括：

检测电路，包括用于检测电网接点温度的温度传感器、对温度传感器的检测信号进行处理的检测信号处理电路；

无线通信模块，用于对外无线发送检测电路所取得的电网接点温度信息；

供电电路，用于对检测电路供电；

其特征在于，

所述供电电路，包括如权利要求1-6任一项所述的取电环，以及可充电电池、充电电路、稳压电路，充电电路输入端连接取电环的输出端，充电电路的输出端连接可充电电池，取电环的输出端和充电电池的输出端分别连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端作为供电电路的电源输出端分别接检测电路和无线通信模块和电源输入端。

8.根据权利要求7所述的高压电网接点温度检测装置，其特征在于，所述取电环是尺寸与大电流管柱匹配的封闭的套环结构，构成检测信号处理电路、充电电路和稳压电路的电子元件设置于电路板上，温度传感器与取电环中热电偶的热端设置在同一层面，无线通信模块和电路板与套环相对固定。

9.根据权利要求8所述的高压电网接点温度检测装置，其特征在于，所述取电环是柔性环带，通过拉紧锁扣方式固定安装，所述电路板为柔性板。

10.一种高压电网接点温度监测系统，包括远程监测用的系统计算机，设置于各高压电网接点的高压电网接点温度检测装置，用于通过无线的方式接收附近多个高压电网接点温度检测装置的检测信号，并将其转发给系统计算机的无线中继收发器,其特征在于，所述高压电网接点温度检测装置采用权利要求7-9任一项所述的高压电网接点温度检测装置。

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