CN212905966U - 基于ct取电的变电站无线测温预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统，包括无线取电模块、信息采集模块、控制模块和客户端模块；无线取电模块包括CT环，CT环套设在变压器高压电缆上，并电连接信息采集模块；信息采集模块包括相连的温度传感器；信息采集模块将温度传感器采集的温度信息传输至控制模块；控制模块与客户端模块无线通讯。本实用新型通过无线取电模块避免了布线取电的杂乱，消除了人工在强电磁环境下更换电池、检测电源的危险性，同时为监测系统提供持续稳定的电能；通过定点布置的温度传感器能够准确掌握变压器设备的温度信息，实现异常温度定位，实时监测故障，极大地改善了变电站内部温度监测的可靠性和安全性。

Description

基于CT取电的变电站无线测温预警系统

技术领域

本实用新型涉及变电站监测技术领域，更具体的说是涉及一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统。

背景技术

目前，随着我国国民经济的飞速发展，对能源的需求日益增大，作为清洁能源的代表，电力在我国一次能源中所占的比例大幅提高。为了应对快速上涨的电力负荷以及超远距离的电力输送的需要，电网的建设必须向特高压、自动化、智能化的方向发展。但目前我国电网的平均故障率偏高，其中一个重要原因就是我们缺乏对电力设备的运行状态进行有效的监测，其中一个重要方面就是对电力设备进行温度在线监测。长期以来，对变压器一次电力设备温度的监测存在诸多挑战：

(1)目前电力设备监测主要方法有人工巡检方法、有线网络和温度传感器方法。人工巡检方法耗费大量人力；工作环境狭小不利于电力设备的测温；工作环境高压给巡检人员生命安全带来严重隐患。有线网络和温度传感器方法相较人工巡检方法节约了人力，但布线困难，经济成本较高；

(2)测温装置的供电方式为电池供电或者有线电源供电。前者使得高压环境更换电池危险、不便；而后者则长距离布线成本高，高温高压环境导致传输质量下降甚至损坏其自身结构；

(3)传统测温主要对变电站的某一个空间环境温度测温，无法对一些易发热的节点进行精确测温。同时测温方式上，有时需要人工拍摄热成像图或者手持温度传感器测温，拍摄时记录工作耗时多，并且所测温度受环境温度的影响较大；

(4)对一次电力设备不能24小时全天监控，及时通知报警。不能测量变电站其它环境因素等。

因此，如何实现变电站电力设备温度智能监测，提高监测质量是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统，包括无线取电模块、信息采集模块、控制模块和客户端模块；无线取电模块包括CT环，CT环套设在变压器高压电缆上，并电连接信息采集模块；信息采集模块包括温度传感器，温度传感器分布在变压器的易发热节点上采集温度信息，信息采集模块将温度信息等发送至控制模块；控制模块与客户端模块无线通讯。本实用新型通过无线取电模块实现变压器高压电缆的无线取电，避免了布线取电的杂乱，为监测系统提供持续稳定的电能，消除了人工在强电磁环境下更换电池、检测电源的危险性；通过定点布置的温度传感器能够准确掌握变压器设备的温度信息，实现异常温度定位，实时监测故障。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于CT取电的变电站无线测温预警系统，包括无线取电模块、信息采集模块、控制模块和客户端模块；所述无线取电模块包括CT环，所述CT环套设在变压器高压电缆上，并电连接所述信息采集模块；所述信息采集模块包括温度传感器，所述温度传感器分布在所述变压器上采集温度信息，所述信息采集模块将所述温度信息发送至所述控制模块；所述控制模块与所述客户端模块无线通讯。

优选的，所述信息采集模块还包括发射端STM32单片机、NRF24L01模块、烟雾传感器、可燃气体传感器、备用电源、AC-DC全桥整流滤波模块和DC-DC升降压稳压模块；所述发射端STM32单片机连接所述温度传感器、所述烟雾传感器、所述可燃气体传感器、所述备用电源和所述DC-DC升降压稳压模块，以及NRF24L01模块输入端；所述CT环连接所述AC-DC全桥整流滤波模块，所述AC-DC全桥整流滤波模块连接所述DC-DC升降压稳压模块。

优选的，所述控制模块包括无线通讯模块、接收端STM32单片机、显示屏、报警灯、蜂鸣器和温度阈值调整旋钮；所述接收端STM32单片机连接所述报警灯、所述无线通讯模块、所述蜂鸣器、所述显示屏和所述温度阈值调整旋钮，以及NRF24L01模块输出端。

优选的，所述无线通讯模块包括ESP8266网络模块和GSM短信模块；所述ESP8266网络模块和所述GSM短信模块均连接至所述接收端STM32单片机；所述ESP8266网络模块、所述GSM短信模块与所述客户端模块进行无线通讯。所述GSM短信模块采用是市面上已经成熟的产品，该产品有5个接口，其中1、2、3接口连接所述接收端STM32单片机的13、14、15接口，4和5接口连接所述接收端STM32单片机的电源正极和接地端。所述ESP8266网络模块采用ESP8266芯片。

优选的，所述AC-DC全桥整流滤波模块包括整流电路和滤波电路；所述DC-DC升降压稳压模块包括稳压电路。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统，针对上述对电力系统一次设备测温、变电站环境监测能力的不足，基于电磁感应的物理基础，设置基于CT取电的变电站无线测温报警系统。利用变电站的高压环境，根据感应取电原理，设置包含CT环的无线取电模块进行高压感应取电，为发射端STM32单片机、接收端STM32单片机等提供稳定持续的电源，从而使温度传感器、烟雾传感器正常工作。融合传感器技术信息处理技术和网络通讯技术，利用NRF24L01模块、ESP8266网络模块将测得的温度实时传送至互联网云端，进行数据处理分析和存储，用户可利用客户端模块借助物联网平台进行实时监测，掌握电力设备温度变化；系统设定阈值，通过采集设备信息与阈值进行比较判断设备状态，及时向工作人员发布温度、烟雾等预警信息，并利用GSM短信模块，当电力设备的监测温度超过设定阈值时及时向工作人员发送报警短信。保障电力一次设备的温度处于安全范围内，变电站环境稳定，从而减少电力设备的火灾事故，为变电站的系统安全提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的无线测温预警系统模块结构框图；

图2附图为本实用新型提供的无线测温预警系统电路结构示意图；

图3附图为本实用新型提供的无线取电模块示意图；

图4附图为本实用新型提供的AC-DC全桥整流滤波电路图；

图5附图为本实用新型提供的DC-DC升降压稳压模块电路图；

附图中：1-温度传感器，2-发射端STM32单片机，3-烟雾传感器，4-可燃气体传感器，5-AC-DC全桥整流滤波模块，6-ESP8266网络模块，7-NRF24L01模块输出端，8-显示屏，9-报警灯，10-用电器，11-蜂鸣器，12-GSM短信模块，13-接收端STM32单片机，14-温度阈值调整旋钮，15-DC-DC升降压稳压模块，16-5V备用电源，17-NRF24L01模块输入端，18-变压器，19-CT环。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统，包括无线取电模块、信息采集模块、控制模块和客户端模块；无线取电模块包括CT环19，CT环19套设在变压器18高压电缆上，并电连接所述信息采集模块；信息采集模块包括温度传感器1，温度传感器1分布在变压器18易发热节点上采集温度信息，信息采集模块将温度信息发送至控制模块；控制模块与客户端模块无线通讯。

为了进一步优化上述技术方案，信息采集模块还包括发射端STM32单片机2、NRF24L01模块、烟雾传感器3、可燃气体传感器4、备用电源16、AC-DC全桥整流滤波模块5和DC-DC升降压稳压模块15；发射端STM32单片机2连接温度传感器1、烟雾传感器3、可燃气体传感器4、备用电源16和DC-DC升降压稳压模块15，以及NRF24L01模块输入端17；CT环19连接AC-DC全桥整流滤波模块5，AC-DC全桥整流滤波模块5连接DC-DC升降压稳压模块15。

为了进一步优化上述技术方案，控制模块包括无线通讯模块、接收端STM32单片机13、显示屏8、报警灯9、蜂鸣器11和温度阈值调整旋钮14；接收端STM32单片机13连接报警灯9、无线通讯模块、蜂鸣器11、显示屏8和温度阈值调整旋钮14，以及NRF24L01模块输出端7。

为了进一步优化上述技术方案，无线通讯模块包括ESP8266网络模块6和GSM短信模块12；ESP8266网络模块6和GSM短信模块12均连接至接收端STM32单片机13；接收端NRF24L01模块7与发射端NRF24L01模块17无线通讯；ESP8266网络模块6、GSM短信模块12与客户端模块进行无线通讯。GSM短信模块采用是市面上已经成熟的产品，该产品有5个接口，其中1、2、3接口连接接收端STM32单片机13的13-15接口，4和5接口连接接收端STM32单片机13的电源正极和接地端。ESP8266网络模块采用ESP8266芯片。

为了进一步优化上述技术方案，AC-DC全桥整流滤波模块5包括整流电路和滤波电路；DC-DC升降压稳压模块15包括稳压电路。

为了进一步优化上述技术方案，ESP8266网络模块6通过Wi-Fi连接电脑。

实施例

如图2所示为本实用新型无线测温预警系统电路示意图，其中变压器18连接用电器10，为用电器10进行供电，在变压器18的高压电缆上套设CT环19用于为本系统取电，获取的电能依次通过AC-DC全桥整流滤波模块5和DC-DC升降压稳压模块15为发射端STM32单片机2进行供电从而使温度传感器1，烟雾传感器3，可燃气传感器4等正常工作，信息采集模块分布设置6个温度传感器1，分别连接发射端STM32单片机2的3-8引脚；烟雾传感器3连接发射端STM32单片机2的2引脚；可燃气体传感器4连接发射端STM32单片机2的1引脚；NRF24L01模块输入端17通过一组电阻连接发射端STM32单片机2的9引脚，并连接发射端STM32单片机2的10-11引脚；发射端STM32单片机2的12-13引脚均连接DC-DC升降压稳压模块15和5V备用电源16；AC-DC全桥整流滤波模块5通过电容、二极管和电阻连接DC-DC升降压稳压模块15。

控制模块的ESP8266网络模块6连接接收端STM32单片机13的1-6引脚；NRF24L01模块输出端7连接接收端STM32单片机13的24-29引脚；控制模块包括8组温度、烟雾及可燃气体报警灯9，分别连接接收端STM32单片机13的16-23引脚，且8组温度、烟雾及可燃气体报警灯9均连接至蜂鸣器11；GSM短信模块12连接接收端STM32单片机13的13-15引脚。

本实用新型通过NRF24L01模块、ESP8266网络模块与GSM短信模块实现信息采集节点与控制模块之间、控制模块与客户端模块之间的实时无线传输。其中，控制模块设置为控制台形式，在控制台还能进行备用电池手动切换，保证系统供电稳定、可靠；其中，NRF24L01模块输入端17主要接收发射端STM32单片机发送的温度、烟雾浓度等信息，NRF24L01模块输出端7将温度、烟雾浓度等信息传输至接收端STM32单片机13；ESP8266网络模块主要通过电脑显示收集到的信息；当系统温度和烟雾浓度值异常时，通过GSM短信模块发送报警信息到客户，从而实现24小时全天候的温度等信息监测。

如图3所示为CT取电示意图，将CT环19套设在高压电缆上，通过AC-DC全桥整流滤波模块5和DC-DC升降压稳压模块15将获取电能供电给发射端STM32单片机2。

如图4所示为AC-DC全桥整流滤波电路图，其输入端连接CT环19，另一端连接DC-DC升降压稳压模块15。AC-DC全桥整流滤波模块5输入端正极和负极分别连接CT环，输出端负极连接串联的电阻和二极管，输出端正极和二极管另一端并联超级电容；二极管起到通直隔交作用，用于限流和防止超级电容进行反向充电，电阻用于保护二极管；超级电容容量大，在强磁环境中性能稳定，可以反复充放电数十万次，使用寿命长，保证装置长期安全的充放电，长期使用免维护，并且超低温特性好，温度范围在-40℃～+70℃，适应变电站温度环境。

如图5所示为DC-DC升降压稳压模块电路图。其一端连接AC-DC全桥整流滤波电路，另一端连接发射端STM32单片机2，而温度传感器是连接发射端STM32单片机2的3-8端口。

ESP8266网络模块将温度传感器测得的实时温度信息无线发送电脑程序，传输速度较高，可以达到11Mbps，有效距离长，在本实用新型中起到温度信息无线传输媒介的作用，大大提高了变电站监控的自动化；采用的是AP接入，即无线访问接入点，可以将温度及烟雾浓度等信息实时传输给电脑主机，方便工作人员进行后续的监测与统计；

STM32单片机采用了STM32F103RCT6芯片作为MCU的开发板，拥有的资源包括：48KBSRAM、256KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器(共12个通道)、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口及51个通用IO口，通过这51个IO口，可以做很多外设，搭建外部电路来实现所需要的功能，并且它以72MHz的频率从闪存执行代码，效率极高，而仅需要消耗7mA电流，功耗也很低；

温度传感器采用DS18B20温度传感器，测量温度范围为-55℃～+125℃，精度为±0.5℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性；

蜂鸣器采用高分贝压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。压电式结构简单耐用但音调单一，一般适用于报警器等设备；

报警灯采用发光二极管，是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在照明领域应用广泛。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光，在本实用新型中当温度处于正常范围时，绿色二极管亮；当温度接近正常范围时，黄色二极管亮；当温度超过正常范围时，红色二极管亮，伴随蜂鸣器报警；

烟雾报警模块采用MQ-9烟雾传感器，通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范，烟雾传感器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器，本实用新型中利用烟雾传感器监测到变电站内部出现烟雾，且浓度达到预定最高值时，烟雾报警器将发出警报，便于工作人员第一时间维持变电站的安全，总体提高变电站的安全系数；

NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型Shock Burst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式,工作在100mw时电流为160mA，在数据传输方面实现相对Wi-Fi距离更远；温度传感器、烟雾传感器采集的温度和烟雾信息传输至发射端STM32单片机2，发射端STM32单片机2控制向单片射频收发器件的输入端传输温度和烟雾信息，通过输出端传送至控制模块；控制模块通过NRF24L01模块输出端7收集到的温度以及烟雾信号，在接收端STM32单片机13的控制下，发出绿黄红三种不同颜色的光进行预警报警，在红灯亮时，单片机控制的蜂鸣器也会启动；

显示屏8采用TFTLCD电容显示屏，显示由监测端无线传输过来的变电站一次电力设备温度与变电站环境烟雾浓度参数；

GSM短信模块12，可以在温度或烟雾浓度超出阈值时发出报警短信，做到及时反馈，保障变电站的安全。

控制模块构成的控制台可以整体操控系统，设有六个控制按钮：

三个变压器分别由三个开关控制，可以独立运行，以保证各种状况下对变压器的需求；总开关，控制接收端单片机的电源；调节旋钮，可以手动调节温度报警的阈值；备用电池切换开关，当本系统无线取电无法供电时，装置会自动切换至蓄电池供电，当技术人员维修好后，可通过备用电池切换开关切换回无线供电；

还设置有三个按键，“A”按键：选择控制模式为自动控制；“B”按键：选择控制模式为手动模式；“确认”按键：对各个参数的再次确认。

系统监测作用过程：

当温度处于正常值时，可在站内看到绿色灯亮起；当温度处于预设值附近时，可在站内看到黄色灯亮起；当温度超过预设值时，可在站内看到红色灯亮起，并同时听到蜂鸣器报警；当温度发生异常时，GSM短信报警利用移动和联通遍布全国的网络，通过短信方式将温度异常点情况发送至维护人员手机，起到即时提醒的功能。实现在无人看守设备时，给变电站安全维护带来方便；

通过NRF单片射频收发器件，接收端STM32单片机将接受到的环境信息，实时在站内的显示屏中显示；

ESP8266网络模块6利用ESP8266芯片通过Wi-Fi将温度、湿度等数据发送至互联网，通过相应电脑端程序，即可实时查看变电站环境数据；实现信息的无线传输、节省布线成本、便于客户查看历史温度记录、进行数据分析；ESP8266芯片的1-6引脚与接收端STM32单片机13的1-6引脚相连，当电脑与ESP8266在同一个Wi-Fi下，即可实现在电脑上看到温度、烟雾浓度等信息；

接收端STM32单片机13通过ESP8266网络模块6，将变电站环境信息发送至互联网。打开手机热点，再打开手机app，接入同一IP地址，即可实时查看变电站环境信息。在手机上实时查看，符合当代客户生活习惯，更加便捷、实用。

本实用新型的有益效果：

①精确测定变电站内部易发热部位的温度。无线测温预警系统依靠CT无线取电，体积小，可以布置在变电站内部易发热部位，能够做到在变电站内部各个节点的精准测温；

②测温系统电力来源多样化。既可以CT无线取电，提供稳定持续的电压输出，消除了人工在强电磁环境下的为更换电池、检测电源的危险性；同时该测温系统也可以用备用电池供电，满足客户多样化需求，不需要担心测温装置电源中断情况；

③实现无线和远程的全天候监测。本无线测温系统客户端连接物联网，能够迅速准确地将实时温度无线传输到远程电脑端和手机端，做到24小时远程监控；

④实现及时温度预警和报警功能。设置了温度预警、超高温报警和烟雾报警等功能，既可以通过声光等进行传统预警报警，也可以通过物联网向工作人员和客户端的电脑和手机等系统及时进行预警和报警，极大地改善了变电站内部温度检测的可靠性和安全性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于CT取电的变电站无线测温预警系统，其特征在于，包括无线取电模块、信息采集模块、控制模块和客户端模块；

所述无线取电模块包括CT环，所述CT环套设在变压器高压电缆上，并电连接所述信息采集模块；

所述信息采集模块包括温度传感器，所述温度传感器分布在所述变压器上采集温度信息，所述信息采集模块将所述温度信息发送至所述控制模块；

所述控制模块与所述客户端模块无线通讯。

2.根据权利要求1所述的基于CT取电的变电站无线测温预警系统，其特征在于，所述信息采集模块还包括发射端STM32单片机、NRF24L01模块、烟雾传感器、可燃气体传感器、备用电源、AC-DC全桥整流滤波模块和DC-DC升降压稳压模块；

所述发射端STM32单片机连接所述温度传感器、所述烟雾传感器、所述可燃气体传感器、所述备用电源和所述DC-DC升降压稳压模块，以及NRF24L01模块输入端；

所述CT环连接所述AC-DC全桥整流滤波模块，所述AC-DC全桥整流滤波模块连接所述DC-DC升降压稳压模块。

3.根据权利要求2所述的基于CT取电的变电站无线测温预警系统，其特征在于，所述控制模块包括无线通讯模块、接收端STM32单片机、显示屏、报警灯、蜂鸣器和温度阈值调整旋钮；

所述接收端STM32单片机连接所述显示屏、所述温度阈值调整旋钮、所述蜂鸣器、所述无线通讯模块和所述报警灯，以及NRF24L01模块输出端。

4.根据权利要求3所述的基于CT取电的变电站无线测温预警系统，其特征在于，所述无线通讯模块包括ESP8266网络模块和GSM短信模块；

所述ESP8266网络模块和所述GSM短信模块均连接至所述接收端STM32单片机；

所述ESP8266网络模块、所述GSM短信模块与所述客户端模块进行无线通讯。

5.根据权利要求2所述的基于CT取电的变电站无线测温预警系统，其特征在于，所述AC-DC全桥整流滤波模块包括整流电路和滤波电路；所述DC-DC升降压稳压模块包括稳压电路。

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