CN218847436U - Gis无源无线触头温度在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GIS无源无线触头温度在线监测系统，包括GIS设备、大电流发生器、声表面波温度传感器、声表面波振动传感器、内部读写器天线、内部读写器、振动发生器、外部读写器天线、外部读写器、监测终端、温差发电装置。本系统采用一种无源无线声表面波温度传感器及振动传感器，利用两种传感器的原理特性相互配合完成GIS导体触头的温度监测，由温差发电装置对GIS壳体内读取器及振动发生器进行供电。本发明的有益效果有：安装快捷简便，传感器无需电源，能在GIS壳体不开孔的情况下进行测温，保证测温精度的同时也保证了密封性，可以较为准确反应GIS开关触头温度的变化情况，对高压开关设备的状态监测具有重大意义。

Description

GIS无源无线触头温度在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种GIS无源无线触头温度在线监测系统，属于高压电力设备的状态监测领域。

背景技术

随着我国电力工业的大力发展，气体绝缘金属封闭开关(Gas InsulatedSwitchgear，GIS)以其独特的优点：加工工艺严格、技术先进、占地面积小、检修周期长、维护费用少等而被广泛地应用于电力系统中。但是当GIS内部触头接触不良或绝缘老化时，由于接触电阻变大，会造成过热现象。如果得不到及时处理，触头、母线过热会进一步导致安全事故发生，同时会造成较大经济损失。因此，对GIS进行全面的温度在线监测，对于提前发现并消除热故障隐患、保障GIS设备安全可靠运行具有重要意义。

GIS是全封闭式高压带电设备，发热点处于设备内部不便检测。对导体的直接测温需要在壳体上开孔或在内部直接安装传感器，会对GIS的绝缘、温度场、电场等产生不良影响，因此难以有效地直接测量导体温度。

传统预防GIS设备触头过热的措施主要有三种：人工观察触头表面颜色、定期测量回路电阻和使用红外成像仪对GIS设备测温。这些方法存在一定不足：前两者需要GIS设备停电检修，但母线的停电会较大影响供电可靠性，且在现场运行的情况下停电也较难申请；红外辐射很难穿过固体表面对导体、触头等进行测温；采用在外壳开窗，测温探头对导体、触头等测温，存在被测设备发射率低，SF6对红外辐射的强吸收能力，及密闭性问题，影响探头测温的准确性。红外热像测温，设备较大，价格昂贵且布设复杂。

对GIS导体触头测温最新研究进展是使用红外测温传感器或光纤光栅技术进行在线监测。但红外测温也存在一定的缺点：需要在GIS上开监视窗孔，然后使用红外设备对其进行监测；GIS设备内部气体压强过大时，可能将红外探头冲开；SF6气体对红外有吸收作用，影响测量的准确性；GIS设备内部金属是经过严格抛光的，发射率很小，影响红外测量的准确性。光纤光栅技术采用光波长作为监测量，具有不受电磁干扰影响、绝缘性能好、体积小、重量轻等优点，然而，光纤测温属于有线温度监测，在GIS中应用，存在布线困难、影响绝缘等问题，很难广泛应用。

发明内容

本发明旨在提供一种GIS无源无线触头温度在线监测系统。该系统采用一种基于声表面波技术(Surface Acoustic Wave，SAW)的无源无线温度传感器及振动传感器，该传感器拥有独特的物理特性，其无需供电，安装快捷简便，安装完成后无需电源，体积小、重复性好、成本低，能在不对GIS壳体进行开孔的情况下进行准确的测温，同时采用无线射频方式实现与读写器天线间的通信，保证测温精度的同时也保证了密封性，能够在恶劣的电磁环境中稳定运行，因此可以较为准确反应GIS开关触头温度的变化情况。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：252kV·GIS设备、大电流发生器、声表面波温度传感器、声表面波振动传感器、内部读写器天线、内部读写器、振动发生器、外部读写器天线、外部读写器、监测终端、温差发电装置等部分。所述在线监测系统处于室温环境中。所述系统采用一种新型无源无线温度传感器，将这些温度传感器布置在壳体内三相母线导体触头表面；负荷电流通过右侧大电流发生器通入；内部读写器天线安装于GIS壳体内壁；内部读写器与内部读写器天线连接并一同安装在GIS壳体内壁；内部读写器天线与内部读写器之间采用信号传输电缆方式通讯；内部读写器连接至振动发生器，并将温度信号转换成与温度高低呈正相关的振动加速度信号，同时安装于GIS壳体内壁；温差发电装置安装于壳体内表面对内部读写器进行供电；声表面波振动传感器安装于GIS壳体外壁与振动发生器同一位置；外部读写器天线距GIS壳体三米之内；外部读写器与外部读写器天线连接将振动信号传输至监测终端；监测终端将振动信号再转换成温度信号，实现无源无线温度传感器在线接触式测温。

所述GIS无源无线触头温度在线监测系统，读写器包括信号处理模块、信号发射模块和回波信号接收模块，所述信号处理模块控制所述信号发射模块通过读写器天线向所述无源无线温度传感器发送其特征射频频率信号。

所述GIS无源无线触头温度在线监测系统，温差发电装置向内部读写器及振动发生器供电，温差发电装置包括刚性基板、散热器、夹设在刚性基板和散热器之间的若干热电片、在刚性基板的沿导体圆周方向的两侧设置的隔热板、导体向刚性基板传热的导热层，整个温差发电装置固定在GIS壳体内壁。

所述GIS无源无线触头温度在线监测系统，读写器通过信号传输电缆与读写器收发天线相连，读写器通过读写器天线发送和接收射频信号。

所述GIS无源无线触头温度在线监测系统，无源无线温度传感器与内部读写器天线采用433MHz频段，且整个射频通讯在封闭式GIS壳体中进行。

所述GIS无源无线触头温度在线监测系统，振动发生器与内部读写器相连，振动发生器的振动频率范围为10Hz-30Hz，通过改变振动发生器的作用力可以产生不同大小的加速度，振动发生器内置微处理模块，读取来自内部读写器的温度信号，根据温度信号发出指令控制振动发生器产生与之对应的振动加速度。

附图说明

图1为GIS无源无线触头温度在线监测系统结构示意图。

图2为GIS无源无线触头温度在线监测系统安装位置示意图。

图3为温差发电装置安装示意图。

附图标记说明：

1 GIS设备；

2 盆式绝缘子；

3 大电流发生器；

4 读写器天线；

5 读写器；

6 监测终端；

7 声表面波温度传感器；

8 导体触头；

9 温差发电装置；

10 GIS金属外壳；

11读写器天线、读写器、振动发生器；

12 声表面波振动传感器；

13 散热器；

14 热电片；

15 导热层；

16 隔热板；

17 刚性基板；

18 柔性基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

一种GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：GIS设备1、大电流发生器3、声表面波温度传感器7、声表面波振动传感器12、内部读写器天线11、内部读写器11、振动发生器11、外部读写器天线4、外部读写器5、监测终端6、温差发电装置9等部分，如图1所示为GIS无源无线触头温度在线监测系统结构示意图。所述在线监测系统处于室温环境中。如图2所示，所述系统采用一种新型无源无线温度传感器7，将温度传感器布置在壳体内待监测三相母线导体触头8表面，采用设备螺栓固定及自带固定件固定；负荷电流通过右侧大电流发生器3通入；内部读写器天线11安装于GIS壳体内壁，天线背面有强磁吸盘，直接吸附固定；内部读写器11与内部读写器天线11相连接并一同安装在GIS壳体内壁；内部读写器天线11与内部读写器11之间采用信号传输电缆方式通讯；内部读写器11连接至振动发生器11，同时安装于GIS壳体内壁；温差发电装置9安装于壳体内表面对内部读写器11进行供电；声表面波振动传感器12安装于GIS壳体外壁与振动发生器11同一位置；外部读写器天线4距GIS壳体三米之内；外部读写器5与外部读写器天线4通过信号传输电缆相连接，通过RS485通信接口与监测终端6通信，将振动信号传输至监测终端6；监测终端6将振动信号再转换成温度信号，实现无源无线温度传感器在线接触式测温。

声表面波温度传感器7选用谐振型传感器，外壳设计为圆环形结构，采用多匝环形天线，更适用于强电磁干扰的环境，不影响GIS绝缘高度及电场分布，内径为GIS导体触头外径，外壳采用导热性能较弱的聚四氟乙烯塑料，传感器内侧采用金属铝材料，用绝缘材料对传感器进行灌封，安装时套装在导体表面紧贴触头。声表面波温度传感器7与内部读写器天线11采用433MHz频段，频率偏移范围为2MHz以内，且整个射频通讯在封闭式GIS壳体中进行。

读写器天线11采用平板天线，不影响GIS绝缘高度及电场分布，振子式平板天线其增益由振子的数量决定，体积较小、重量轻，因此具备高增益的同时也便于安装，在天线背面安装强磁吸盘，吸附固定在壳体内壁。

读写器11包括信号处理模块、信号发射模块和回波信号接收模块，读写器通过信号传输电缆与读写器收发天线11相连，读写器11通过读写器天线11发送和接收射频信号。信号处理模块控制信号发射模块通过读写器天线11向声表面波温度传感器7发送其特征射频频率信号，然后回波信号接收模块接收声表面波温度传感器7传回的回波信号并进行分析即可获得监测点即时的温度信息。为保证质询信号满足频段和分辨率的要求，信号处理模块采用高频信号源和低频信号源混频的方式产生激励信号，而后通过滤波、功率放大处理经匹配网络发送出去。

温差发电装置9向内部读写器及振动发生器11供电，温差发电装置9包括刚性基板17、散热器13、夹设在刚性基板17和散热器13之间的若干热电片14、在刚性基板17的沿导体圆周方向的两侧设置的隔热板16、导体向刚性基板17传热的导热层15，其底部接触面设计为弧面，便于整个温差发电装置9紧密接触固定在GIS壳体内壁，如图3所示。散热器13上设有散热片及散热风扇，实现散热功能，形成冷端。刚性基板17下端为导热层15，导热层15包括多个导热片，导热片为可弯曲的导热材料铜，将热量传导至热电片14，形成热端，导热片不仅起到导热作用，也起到支撑连接的作用。各个热电片之间填充隔热材料石棉，以提高发电效率。

振动发生器11与内部读写器11相连，振动发生器11的振动频率范围为10Hz-30Hz，通过改变振动发生器11的作用力可以产生不同大小的加速度，振动发生器11内置微处理模块，读取来自内部读写器11的温度信号，根据温度信号发出指令控制振动发生器11产生与之对应的振动加速度。

声表面波振动传感器12选用谐振型传感器，通过谐振频率的变化表征振动特性，通过读写器5读取振动信号，读写器天线4发出射频信号，若传感器的谐振频率与该信号频率接近，则会吸收电磁波并返回回波信号，通过回波信号分析其准确的谐振频率，谐振频率确定后即可计算出对应的振动信息，通过实时数据传输给监测终端6。

综上所述，该系统采用一种基于声表面波技术的无源无线温度传感器及振动传感器，该传感器拥有独特的物理特性，其无需供电，安装快捷简便，安装完成后无需电源，体积小、重复性好、成本低，能在不对GIS壳体进行开孔的情况下进行准确的测温，同时采用无线射频方式实现与读写器天线间的通信，保证测温精度的同时也保证了密封性，能够在恶劣的电磁环境中稳定运行，因此可以较为准确反应GIS开关触头温度的变化情况。

Claims (6)

1.GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：包括GIS设备、大电流发生器、声表面波温度传感器、声表面波振动传感器、内部读写器天线、内部读写器、振动发生器、外部读写器天线、外部读写器、监测终端、温差发电装置；所述在线监测系统处于室温环境中；所述系统采用一种新型无源无线温度传感器，将这些温度传感器布置在壳体内三相母线导体触头表面；负荷电流通过右侧大电流发生器通入；内部读写器天线安装于GIS壳体内壁；内部读写器与内部读写器天线连接并一同安装在GIS壳体内壁；内部读写器天线与内部读写器之间采用信号传输电缆方式通讯；内部读写器连接至振动发生器，并将温度信号转换成与温度高低呈正相关的振动加速度信号，同时安装于GIS壳体内壁；温差发电装置安装于壳体内表面对内部读写器进行供电；声表面波振动传感器安装于GIS壳体外壁与振动发生器同一位置；外部读写器天线距GIS壳体三米之内；外部读写器与外部读写器天线连接将振动信号传输至监测终端；监测终端将振动信号再转换成温度信号，实现无源无线温度传感器在线接触式测温。

2.根据权利要求1所述的GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：所述读写器包括信号处理模块、信号发射模块和回波信号接收模块，所述信号处理模块控制所述信号发射模块通过读写器天线向所述无源无线温度传感器发送其特征射频频率信号。

3.根据权利要求1中所述的GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：所述温差发电装置向内部读写器及振动发生器供电，温差发电装置包括刚性基板、散热器、夹设在刚性基板和散热器之间的若干热电片、在刚性基板的沿导体圆周方向的两侧设置的隔热板、导体向刚性基板传热的导热层，整个温差发电装置固定在GIS壳体内壁。

4.根据权利要求1中所述的GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：所述读写器通过信号传输电缆与读写器收发天线相连，所述读写器通过读写器天线发送和接收射频信号。

5.根据权利要求1中所述的GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：所述无源无线温度传感器与内部读写器天线采用433MHz频段，且整个射频通讯在封闭式GIS壳体中进行。

6.根据权利要求1中所述的GIS无源无线触头温度在线监测系统，其特征在于：所述振动发生器与内部读写器相连，振动发生器的振动频率范围为10Hz-30Hz，通过改变振动发生器的作用力可以产生不同大小的加速度，振动发生器内置微处理模块，读取来自内部读写器的温度信号，根据温度信号发出指令控制振动发生器产生与之对应的振动加速度。

Images