非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置製造方法

2023-06-13 21:26:06

非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置，該方法為：位於高電位區的溫度傳感器採集換流閥散熱器表面的溫度數據，將溫度數據轉換為數位訊號後通過電磁波載波發射至位於低電位區的接收裝置，接收裝置將接收的數位訊號還原為數字形式的溫度信號，根據還原的數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度。本發明收發裝置與位於高電位區的溫度傳感器間無直接電接觸，安全性好；溫度傳感器直接設置於換流閥散熱器表面，精度高；可直接應用於智能換流站，實現了換流閥溫度的在線監測。
【專利說明】非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於換流閥運行狀態在線監測領域，具體涉及一種非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]高壓直流輸電(HVDC)的基本原理是通過整流器將交流電變換成直流電形式，再通過逆變器將直流電變換為交流電，實現電能傳輸和電網互聯。換流閥是直流輸電中最重要的元件。換流閥是為實現換流需要的三相橋式換流器的橋臂，是實現交直流電能互相轉換的換流器的基本設備單元，其安全運行在整個直流輸電工程中起著核心作用。換流閥工作時產生的熱量，將導致晶片溫度升高，如果沒有適當的散熱措施，可能使晶片溫度超過允許的最高結溫，從而導致器件性能惡化以致損壞。因此，高壓直流輸電中的主要設備換流閥的散熱問題成為非常重要的課題。如果換流閥出現散熱問題，將導致換流閥溫度升高，若未及時發現和處理，將影響換流閥的工作效率甚至使用壽命。目前，還沒有一種有效的換流閥溫度在線監測方法。
[0003]現在常用的換流閥溫度監測方法有以下幾種:
[0004]1、以換流閥水冷卻系統的出口水溫作為間接溫度測量點，通過建立散熱器、加熱器、換流閥的傳熱數學模型，間接推算出換流閥溫度。該方法的缺點是無法準確獲得換流閥溫度，尤其無法發現換流閥的局部熱點。
[0005]2、紅外測溫法，通過工作人員手持紅外測溫儀測量換流閥溫度。但是，通過紅外圖譜間接獲取溫度數據，準確性有時不能滿足要求；同時對紅外圖譜的計算機識別技術水平還不能替代人工識別，自動化程度不高，測量範圍小；同時紅外測溫儀結構複雜，體積龐大，成本較高，並不適於換流閥溫度的在線監測。
[0006]3、利用光纖光柵電纜溫度傳感器測量換流閥溫度，該方法的原理基於電纜在工作狀態下的溫度場分布和通過溫度對布喇格波長的調製來實現的。當光纖光柵的溫度發生變化時，由於光纖的熱脹冷縮以及熱光效應，光纖光柵選擇性反射的布喇格波長會發生變化。在常規的溫度範圍內，波長變化與溫度變化保持線性關係，因此只要測得光纖光柵的布喇格波長，就可知光纖光柵的溫度。但是該方法需要在換流閥上安裝大量光纖，最大缺點是會改變換流閥上的電場分布，造成局部電場升高，威脅絕緣的有效性。
[0007]由上述分析可見，現有的換流閥溫度測量方法都有各自的局限性，目前還不適合作為換流閥溫度在線測量方法。因此，需要一種行之有效的換流閥溫度在線監測方法。

【發明內容】

[0008]針對現有技術存在的不足，本發明提供了一種非接觸式換流閥溫度在線監測方法及裝置。
[0009]為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案:
[0010]一、非接觸式換流閥溫度在線監測方法，其特點是:位於高電位區的溫度傳感器採集換流閥散熱器表面的溫度數據，將溫度數據轉換為數位訊號後通過電磁波載波發射至位於低電位區的接收裝置，接收裝置將接收的數位訊號還原為數字形式的溫度信號，根據還原的數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度。
[0011]上述根據還原的數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度具體為:
[0012]接收裝置對接收的數位訊號進行解調獲得數字形式的溫度信號，根據接收裝置的調製方式和數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度。
[0013]二、非接觸式換流閥溫度在線監測終端，包括:
[0014]設於換流閥散熱器表面的RFID溫度傳感器、位於低電位區的電磁收發裝置和處理器，RFID溫度傳感器和電磁收發裝置之間無電連接，電磁收發裝置和處理器相連接。
[0015]上述RFID溫度傳感器為無源RFID溫度傳感器。
[0016]上述電磁收發裝置為非接觸式讀卡器。
[0017]上述處理器為單片機，通過串口與電磁收發裝置連接。
[0018]三、非接觸式換流閥溫度在線監測裝置，包括:
[0019]設於換流閥散熱器表面的RFID溫度傳感器、位於低電位區的電磁收發裝置、處理器和換流閥溫度監控工作站，RFID溫度傳感器和電磁收發裝置之間無電連接，電磁收發裝置和處理器相連接，處理器和換流閥溫度監控工作站之間通過區域網進行連接。
[0020]上述處理器通過乙太網接口連接智能換流站的區域網，智能換流站的區域網通過交換機連接換流閥溫度監控工作站。
[0021]上述處理器採用IEC61850協議與換流閥溫度監控工作站進行通信。
[0022]本發明終端將RFID (射頻識別)溫度傳感器設於高電位區，將電磁收發裝置設於低電位區，RFID溫度傳感器和電磁收發裝置之間利用空氣作為絕緣介質、利用電磁波傳遞能量與信號，從而實現換流閥溫度的在線監測。RFID溫度傳感器與電磁收發裝置間無直接電連接，在不影響換流閥安全運行的前提下，可準確測量換流閥的運行溫度。
[0023]粘貼於換流閥散熱器表面的RFID溫度傳感器用於採集換流閥散熱器表面溫度，電磁收發裝置用來接收RFID溫度傳感器採集的溫度數據，處理器用來對溫度數據進行處理以獲得換流閥溫度。作為優選，RFID溫度傳感器為無源RFID溫度傳感器，不需要安裝電池，免維護。電磁收發裝置為非接觸式讀卡器；
[0024]本發明終端的工作原理為:
[0025]電磁收發裝置以發射電磁波的形式向RFID溫度傳感器輸送能量與讀取溫度信號，接收到電磁收發裝置發射信號的RFID溫度傳感器將採集的溫度信號以電磁波載波方式返回至電磁收發裝置，電磁收發裝置對接收的電磁波載波信號進行解調，獲得數字形式的溫度信號，並將數字形式的溫度信號傳輸至處理器，處理器根據電磁收發裝置採用的調製方式和接收的數字形式的溫度信號計算獲得換流閥溫度。
[0026]本發明終端可通過乙太網接口將測量的換流閥溫度數據上傳至智能換流站的區域網，並通過交換機繼續傳輸換流閥溫度數據至換流閥溫度監控工作站，從而可實現換流閥溫度的在線顯示、記錄和報警。
[0027]作為優選，本發明終端處理器採用IEC61850協議傳送數據，即可將換流閥溫度數據直接傳送至智能換流站。具體傳送數據過程為:處理器將換流閥溫度數據送入IEC61850協議棧打包，IEC61850協議棧將換流閥溫度數據轉換為符合IEC61850-9-2的數據包，通過乙太網接口上傳至智能換流站的區域網，並通過交換機傳輸給換流閥溫度監控工作站。
[0028]與現有技術相比，本發明具有優點:
[0029]1、位於低電位區的電磁收發裝置與位於高電位區的溫度傳感器間無直接電接觸，不會對換流閥正常運行及工作人員人身安全造成威脅，安全性好。
[0030]2、溫度傳感器直接設置於換流閥散熱器表面，測量精度高。
[0031 ] 3、實現了換流閥溫度的在線監測。
[0032]4、本發明終端處理器採用IEC61850協議與換流閥溫度監控工作進行通信，可直接應用於智能換流站。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是本發明裝置的具體結構示意圖；
[0034]圖2是某實施例中無源RFID溫度傳感器在換流閥上安裝位置示意圖；
[0035]圖3是本發明原理示意圖。
[0036]圖中，1-無源RFID溫度傳感器，2_非接觸式讀卡器，3_處理器，4_協議棧，5_乙太網接口，6-交換機，7-換流閥溫度監控工作站。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。
[0038]見圖1，本發明終端包括無源RFID溫度傳感器(I)、非接觸式讀卡器(2 )和處理器(3 )。無源RFID溫度傳感器(I)無需電源供電，其粘貼於換流閥散熱器表面，其處於高電位區，本具體實施中採用的無源RFID溫度傳感器(I)型號為SAW-Cl。
[0039]可發射和接收電磁信號的非接觸式讀卡器(2)置於換流站閥廳邊緣的安全區，無源RFID溫度傳感器(I)和非接觸式讀卡器(2)不直接接觸且無電連接，兩者通過電磁波傳遞信號，非接觸式讀卡器(2)以發射電磁波的形式過向無源RFID溫度傳感器(I)輸送能量與讀取溫度信號，接收到電磁波的無源RFID溫度傳感器(I)將溫度信號以電磁波載波方式返回至非接觸式讀卡器(2)，非接觸式讀卡器(2)對接收的電磁載波信號進行解調，獲得數字形式的溫度信號，並將數字形式的溫度信號傳輸至處理器(3)，處理器(3)處理接收的溫度數據並獲得換流閥溫度。本具體實施中採用的非接觸式讀卡器(2)型號為XCRMF-801。
[0040]處理器(3)對接收的數字形式的溫度信號進行處理，獲得換流閥溫度，並將換流閥溫度數據送入IEC61850協議棧(4)進行打包處理，IEC61850協議棧(4)將換流閥溫度數據轉換為符合IEC61850-9-2的數據包，通過光纖乙太網接口(5)上傳到智能換流站的區域網，並通過交換機(6)傳輸給換流閥溫度監控工作站(7)，實現換流閥溫度的在線監測、記錄和報警。本具體實施中，處理器(3)採用MC1210單片機，採用串口與非接觸式讀卡器(2)相連。
[0041]處理器(3)根據非接觸式讀卡器(2)採用的調製方式對接收的數字形式的溫度信號進行處理。本具體實施中，非接觸式讀卡器(2)採用100%ASK調製方式與無源RFID溫度傳感器(I)交換數據，獲得與溫度信號相關的脈衝計數值N，即處理器接收的數字形式的溫度信號，通過公式T = (160-N) /2計算獲得換流閥溫度值T，並將換流閥溫度值T依次通過乙太網接口( 5 )、交換機(6 )傳輸至換流閥溫度監控工作站(7 )，換流閥溫度監控工作站(7 )為遠程伺服器。
[0042]圖2為具體實施例中無源RFID溫度傳感器在某±500kV換流站中的安裝示意圖，無源RFID溫度傳感器安裝於換流閥上標記有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的散熱器上，可直接測量散熱器溫度。
[0043]圖3為本發明原理示意圖，溫度傳感器採用為無源RFID溫度傳感器(I)，可通過電磁波與處於低電位區的非接觸式讀卡器(2)交互數據。無源RFID溫度傳感器(I)和非接觸式讀卡器(2)不接觸且無電連接，無源RFID溫度傳感器(I)和非接觸式讀卡器(2)之間依靠空氣絕緣，RFID溫度傳感器(I)與非接觸式讀卡器(2)相距10米以上，解決了絕緣問題，不會對換流閥正常運行及工作人員人身安全造成威脅，又可監測換流閥溫度。
[0044]RFID溫度傳感器將採集的溫度信號轉換為數位訊號後通過電磁波載波發射，電磁收發裝置接收RFID溫度傳感器發射的數位訊號並還原為數字量，控制器根據還原的數字量獲得換流閥溫度。
[0045]以上所述的本發明實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
【權利要求】
1.非接觸式換流閥溫度在線監測方法，其特徵在於: 位於高電位區的溫度傳感器採集換流閥散熱器表面的溫度數據，將溫度數據轉換為數位訊號後通過電磁波載波發射至位於低電位區的接收裝置，接收裝置將接收的數位訊號還原為數字形式的溫度信號，根據還原的數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度。
2.如權利要求1所述的非接觸式換流閥溫度在線監測方法，其特徵在於: 所述的根據還原的數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度具體為: 接收裝置對接收的數位訊號進行解調獲得數字形式的溫度信號，根據接收裝置的調製方式和數字形式的溫度信號獲得換流閥溫度。
3.非接觸式換流閥溫度在線監測終端，其特徵在於，包括: 設於換流閥散熱器表面的RFID溫度傳感器、位於低電位區的電磁收發裝置和處理器，RFID溫度傳感器和電磁收發裝置之間無電連接，電磁收發裝置和處理器相連接。
4.如權利要求3所述的非接觸式換流閥溫度在線監測終端，其特徵在於: 所述的RFID溫度傳感器為無源RFID溫度傳感器。
5.如權利要求3所 述的非接觸式換流閥溫度在線監測終端，其特徵在於: 所述的電磁收發裝置為非接觸式讀卡器。
6.如權利要求3所述的非接觸式換流閥溫度在線監測終端，其特徵在於: 所述的處理器為單片機，通過串口與電磁收發裝置連接。
7.非接觸式換流閥溫度在線監測裝置，其特徵在於，包括: 設於換流閥散熱器表面的RFID溫度傳感器、位於低電位區的電磁收發裝置、處理器和換流閥溫度監控工作站，RFID溫度傳感器和電磁收發裝置之間無電連接，電磁收發裝置和處理器相連接，處理器和換流閥溫度監控工作站之間通過區域網進行連接。
8.如權利要求7所述的非接觸式換流閥溫度在線監測裝置，其特徵在於: 所述的處理器通過乙太網接口連接智能換流站的區域網，智能換流站的區域網通過交換機連接換流閥溫度監控工作站。
9.如權利要求7所述的非接觸式換流閥溫度在線監測裝置，其特徵在於: 所述的處理器採用IEC61850協議與換流閥溫度監控工作站進行通信。
【文檔編號】G08C17/02GK103604529SQ201310603939
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】鄭豐, 王金雄, 王磊, 郭樹永, 張望平 申請人:中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司天生橋局