用於總線結構撓性連接器的溫度監視器的製作方法

2023-08-06 00:58:51

專利名稱：用於總線結構撓性連接器的溫度監視器的製作方法
技術領域：
本發明涉及溫度監視器，並且更具體地涉及用於提供在跨相隔離 式電總線導體的撓性連接的預定位置處進行的溫度測量的溫度監視 器。
背景技術：
大型工業電磁機器、諸如用在發電站的大型發電機以極高的能量
水平運行。例如，大型蒸汽動力發電機可能以20000V AC量級的電壓 和20000A AC量級的電流運行。來自發電機的電功率一般通過功率導 體結構而被運送到高電位升壓變壓器，該功率導體結構包括三個彼此 隔離並且通常公知為相隔離式(isolated phase )或等相(isophase) 總線結構的大的銅總線結構。每個等相總線結構包括沿總線結構以相 間隔的間距定位的由撓性銅帶形成的撓性連接。例如，可以存在沿總 線結構每隔六到二十英尺定位的撓性帶連接。這些撓性連接一般包括 具有相對末端的多個重型撓性銅帶，所述相對末端被螺栓固定到總線 結構的相鄰定位的部分上的位置。撓性銅帶適應可能由經由總線結構 傳輸的高電流引起的這些結構的熱致膨脹。大型蒸汽動力單元可以針 對總線結構的相鄰部分之間的每個撓性連接具有高達四十個撓性銅 帶。
沿等相總線結構的溫度變化諸如可能由通過總線結構所傳導的功 率的變化引起，會造成撓性帶的任一末端處的螺栓在總線結構膨脹和 收縮時鬆動。在撓性帶和總線結構的相鄰部分之間的界面處的鬆動連 接將導致鬆動的帶中下降的電流，造成其餘適當相連的帶因為它們運 送鬆動的帶的電流而溫度上升，可能導致連接撓性帶的螺栓的進一步 鬆動。
撓性帶連接被密封在等相總線外殼中，該等相總線外殼包圍總線 結構並且直徑一般為30到60英寸。因而，撓性連接的觀測被總線外 殼所阻礙，使得很難監視撓性連接的狀況。總線結構的最終故障通常 突然發生而很少有或沒有警報，原因在於僅利用牢固地在適當位置的幾個撓性帶的操作可能足以避免或最小化跨撓性連接的電壓降直到總 線結構的故障發生為止。尤其，如果帶的故障發展到末端，則可能存 在大的電弧，其會爆裂等相總線結構在帶故障位置處的部分。最終得 到的接地故障會使發電機跳閘。然而，電流會繼續流過總線，提供能 量以支持電弧，直到發電機轉子場中的大量能量已經衰退並被轉換成 熱量為止，用於維修這樣的故障的更換件通常很難快速獲得，以致總 線故障可能導致擴展的非計劃斷電。
已知的是提供一種用於測量等相總線上的撓性連接的溫度的紅外
監視裝置。例如，這樣的紅外監視裝置包括開放孔隙傳感器(open aperture sensor)、諸如熱電堆，其中孔隙的幾何形狀提供寬闊的視 場。僅孔隙的視場的小部分包括撓性帶，並且視場的相對較大部分包 括總線外殼的內表面。因而，外殼的內表面的溫度變化比撓性帶具有 高得多的能量輸出，所述外殼的內表面的溫度變化比撓性帶的溫度的 甚至巨大的變化對監視設備的讀數產生較大的影響。
在上述監視技術的可替代實施方式中，紅外透鏡位於孔隙處以使 傳感器所見的視場變窄，並且因而限制對撓性帶的區域的視場。儘管 紅外透鏡的添加對於使監視撓性帶的視場變窄而言是有效的，但是仍 然存在與這種技術相關聯的消極因素，包括紅外透鏡的成本顯著增加 了系統的花費。另外，紅外透鏡通常具有波長帶，其中在所述波長帶 所述紅外透鏡不通過紅外輻射，並且透鏡提供暴露的光學表面，該暴 露的光學表面可能收集灰塵和/或塵埃從而由於經過透鏡透射到傳感 器的能量降低而造成錯誤的低溫測量。而且，即使在添加紅外透鏡的 情況下，監視裝置仍然只提供跨位於透鏡的視場中的所有帶所進行的 平均溫度測量，而不是使能夠實現處於連接中的各個帶的溫度測量。

發明內容
依據本發明的一個方面，提供一種用於監視結構上的多個位置的 溫度監視器。溫度監視器包括傳感器，用於接收指示與所述傳感器 間隔的多個位置的溫度的能量；位於所述傳感器和所述多個位置之間 的笫一構件，所述第一構件定義第一孔隙；以及位於所述傳感器和所 述多個位置之間的第二構件，所述第二構件定義第二孔隙。所述第一 構件和第二構件中的至少一個相對於所述第一構件和第二構件中的另一個可移動以產生所述第一孔隙和第二孔隙之間的相對移動。所述第 一孔隙和第二孔隙之間的所述相對移動提供所述傳感器和所述多個位 置的至少第 一位置之間的無阻礙第 一視線，以允許所述傳感器接收指 示所述第一位置的溫度的能量。依據本發明的另一個方面， 一種用於監視電總線結構上的多個位置的溫度監視器。所迷溫度監視器包括紅外傳感器，用於從總線結 構上的多個離散預定位置(discrete predetermined location)接收 紅外能量；第一構件，包括固定的第一掩模(mask);第二構件，包 括旋轉的第二掩模；以及驅動構件，以相對於所述第一構件旋轉的方 式驅動所述第二構件。所述第二構件相對於所述第一構件的旋轉定義 跨所述第一掩模構件平移的孔隙以提供從所述傳感器延伸並且掃描到 所述總線結構上的每個所述離散預定位置的移動視線。依據本發明的又一個方面，提供一種用於監視電總線結構上的多 個位置處的溫度的方法。該方法包括下列步驟在與電導體間隔的位 置處提供溫度傳感器；在所述電導體和所述傳感器之間提供掩模結構， 所述掩模結構包括第一掩模和第二掩模；通過相對於所述第一掩模移 動所述第二掩模來定義從所述傳感器到所述電導體的多個視線；以及 確定所述電導體上的多個橫向間隔(laterally spaced)位置中的每個 位置處的溫度，其中每個所述位置對應於由從所述傳感器延伸並經過 所述掩模結構到所述電導體的視線所定義的不同角。


雖然說明書以具體指明本發明和清楚要求保護本發明的權利要求 結束，但是應認為根據以下結合附圖的描述將更好地理解本發明，在 附圖中相似的附圖標記標識相似的元件，且其中圖1是包括依據本發明的溫度監視器的等相總線結構的部分切掉 透視圖；圖2是說明本發明的溫度監視器的分解圖； 圖3是協作圖2的溫度監視器的掩模結構的圖示說明； 圖4是說明圖2的溫度監視器的位置傳感器的圖示側視圖；和 圖5A-5D是從等相總線結構的電導體上的一系列相鄰位置順序地 獲取溫度讀數的溫度傳感器的操作的圖示說明。在優選實施例的以下詳細描述中，參照附圖，所述附圖形成詳細 描述的一部分並且其中為了說明而不是為了限制示出可以實踐本發明的特定優選實施例。要理解，可以利用其他實施例並且可以進行改變 而不偏離本發明的精神和範圍。參照圖l，示出等相總線結構IO,其包括在封裝或外殼14內由多 個絕緣體組件16a、 16b、 16c、 16d所支撐的電總線導體12。在所示的 總線結構10中，電導體12被配置成具有正方形橫截面並且由四個絕 緣體組件16a、 16b、 16c、 16d支撐，然而本發明不限於電導體12的這種特定配置並且依據本文所描述的本發明原理可以包括諸如具有圓 形配置的導體之類的其他配置。電導體12 —般由一個或更多撓性連接18形成，所述撓性連接18 這裡通過一組帶20示出，該組帶包括在電導體l2的縱向間隔的導體 部分12a、 12b之間沿電導體12的每側延伸的四個橫向間隔的帶20a、 20b、 20c、 20d。每個帶20a、 20b、 20c、 20d優選地包括撓性銅帶並 且包括附連到相應導體部分12a、 12b的相對末端22、 24。末端22、 24通常由螺栓26在適當位置緊固在導體部分12a、 12b上。撓性連接 18適應導體部分12a、 12b之間的熱致移動，其中當導體部分12a、 12b 之間的間隙增大和減小時這些組帶20會彎曲。倘若在帶20a、 20b、 20c、 20d中的一個或更多的末端22、"處 的螺栓連接變鬆動，則跨鬆動的帶的連接可能發生電流損耗，其中溫 度相關聯地降低，而在撓性連接18處其餘帶20a、 20b、 20c、 20d的 溫度成比例增加。為了檢測指示鬆動的帶20a、 20b、 20c、 20d中的電 流降的這種溫度變化，每組帶20可以由安裝在外殼14上的溫度監視 器單元28監視。特別地，溫度監視器單元28 (僅示出兩個)可以相對 位於撓性連接18處的電導管12的每側上的每組帶20進行安裝。參照圖2,溫度監視器單元28的分解圖被示出並且包括具有內壁 32的外罩30。內壁32可以被形成用以定義包括圓形區域的第一掩模 構件33。多個細長支撐構件34被附連到內壁32並且提供用於以與內 壁32間隔的關係支撐電路板36的固定件。電路板36定義用於在其外 側40支撐驅動構件(諸如電動機38)的固定式基座。可旋轉電動機軸42由電動機38驅動並且穿過電路板36中的孔44以支撐定義第二掩模 構件48的可旋轉圓盤構件46。第一和第二掩模構件33、 48被彼此緊 密關聯地定位以定義掩模結構。電動機軸42沿旋轉軸線50延伸，所 迷旋轉軸線居中地延伸經過第一掩模構件33以支撐圓盤構件46用於 與第一掩模構件33同心旋轉。第一掩模構件33包括延伸經過內壁32的第一細長孔隙52。第一 孔隙52被配置為沿線54 (圖3)延伸的細長直槽，所述線與旋轉軸線 50間隔並且通常與第一掩模構件33的切線平行。如圖1中所示，當監 視器單元28位於外殼14上的可操作位置時，定義第一孔隙52延伸的 線54通常與電導體12的縱向軸線56 (圖1)正交。如圖3中所見，第二掩模構件48包括第二孔隙58，該第二孔隙 58被配置成沿從旋轉軸線50徑向向外的線60與第一孔隙52橫切 (transversely)延伸的細長直槽。第一孔隙52和第二孔隙58的相 對位置是使得當圓盤構件46旋轉時第二孔隙58與第一孔隙52交叉以 定義四邊形視線孔隙62。當第二孔隙58掠過第一孔隙52時該視線孔 隙62沿線54在第一孔隙52的長度內移動，以提供從傳感器64到撓 性連接18的帶20a、 20b、 20c、 20d的移動視線。傳感器64可以包括 用於感測從帶20a、 20b、 20c、 20d接收的紅外能量的熱電堆或等效紅 外傳感器。參照圖4,視線孔隙62的位置可以由位置傳感器單元66確定。位 置傳感器單元66可以包括編碼器輪68 (也參見圖2)，其被安裝到 軸42並包括至少一個位置孔隙70;光源72，其被安裝到編碼器輪68 的一側，諸如被安裝到電路板36的內側74;以及支撐構件76，其將 光學傳感器78固定在鄰近於編碼器輪68的與光源72相對的一側的位 置。當圓盤構件46由軸42旋轉時，編碼器輪68旋轉並使位置孔隙70 在光源72和光學傳感器78之間穿過從而使得傳感器78觸發作為軸42 的旋轉位置的指示。電路板36可以包括用於監視軸42的位置以便提 供視線孔隙62的相應位置的電路。應當注意，光源72可以是LED或者任何等效光源。另外，應當理 解，本發明不限於所描述的編碼器結構並且其他旋轉位置感測結構可 以被包含在本文所描述的結構中。參照圖5A-5D,視線從溫度監視器單元28到相應一組帶20上的不200880018035.0 、 20d進行說明， 所述帶被布置成與線79正交，所述線79與縱向軸線56正交地延伸。 該線79可以包括與軸42的旋轉軸線50基本共線的線。圖5A-5D說明 了從傳感器64到帶20a、 20b、 20c、 20d的每個位置的視線的不同角 度cp。圖5A說明了由62a表示的視線孔隙的第一位置，其定義在傳感器 64和帶20a之間的直視線80a。另外，提供給傳感器64的視場基本只 包括帶20a，並且周圍的背景區域基本被擋住(block out)。當圓盤 構件46旋轉時，視線孔隙移到由62表示的第二位置，其中在傳感器 和帶20b之間定義直視線80b。應當注意，當圓盤構件46旋轉到第二 孔隙位置62b時，來自第一帶20a的能量以及來自帶20b周圍的基本所有其他背景區域的能量都被擋住，從而基本提供以從其接收能量的 帶20b居中的有限視場。類似地，圓盤構件46的進一步旋轉使得視線通過兩個後續定義的 孔隙位置62c和62d，其分別對應於從傳感器64延伸到帶20c和20d 的直視線82c和82d。應當理解，電動機38以足夠低的速度驅動軸42 以便允許傳感器64對由位於經過孔隙62到傳感器64定義的視線內的 特定帶20a、 20b、 20c、 20d所發射的能量做出響應。由位置傳感器單元66生成的信號可以被用來觸發在軸42旋轉中 的預定點處的溫度感測操作，諸如在由第一和第二孔隙52、 58的交叉 形成孔隙62a的第一位置的位置處。電動機38可以包括步進電動機或 者其他用於提供軸42的受控旋轉的電動機。另外，位置傳感器單元66 的編碼器輪68可以包括多個位置孔隙70，其中例如每個位置孔隙70 可以指示視線孔隙位置62a、 62b、 62c、 62d。通過提供與撓性連接18上的多個位置中的每一個相關聯的溫度測量，可以識別特定過熱帶 20a、 20b、 20c、 20d，並且附加地使每個帶20a、 20b、 20c、 20d的趨 勢溫度分析能夠提供撓性連接18內的惡化狀況的指示。如果例如這組帶20包括附加帶，可以提供附加視線孔隙位置，或 者用來為除了撓性連接(flexible connection) 18上的帶20a、 20b、 20c、 20d之外的位置提供溫度測量。特別地，可能希望的是從外殼14 的內表面獲取至少一個溫度測量以便參照等相總線結構IO的封閉區域 的環境或背景溫度來調節帶20a、 20b、 20c、 20d的溫度變化。為了獲取背景溫度，可以提供延伸到邊緣帶20a或20d的任一個的側面的另 一個視線孔隙位置以便視線經過電導體12的撓性連接18延伸到外殼 l4的內壁表面。從外殼14獲取的內表面溫度可以從所測量的帶溫度中 被減去以提供經調節的帶溫度測量。應當注意，第一和第二掩模33、 48以及第一和第二孔隙52、 58 的形狀被提供以便於本解釋，並且在本發明的範圍內可以提供這些部 件的可替代形狀或配置。例如，孔隙52、 58可以被配備跨其長度尺寸 變化的形狀，其被配置使得在任何給定的溫度測量位置處的視線孔隙 62的區域等效於在每個其他位置的區域。可替代地，可以提供微處理 器以處理來自傳感器64的信號並且對孔隙大小的已知變化進行補償， 其中視線孔隙62的已知位置在其沿線54移動時可以以與查找表組合 的方式被使用用以對於任何給定位置參照孔隙62的特定已知尺寸特性 來調節所測量的溫度讀數。應當理解，孔隙52、 58可以是能夠協作以 提供從傳感器64到空間不同的位置的有限視場。在該發明的另 一修改中，圓盤構件46可以被配備有多個位於圍繞 圓盤構件46的預定的沿圓周間隔的位置處的孔隙58。在這樣的構造 中，每當多個孔隙58之一掠過孔隙52，可以獲取帶20a、 20b、 20c、 20d的溫度測量。溫度監視器單元28可以被形成為完全包含的模塊，其可以包括上 述溫度檢測結構以及電動機控制器、紅外檢測電路、處理邏輯和警報 邏輯以提供與過熱狀況對應的報警。單元28可以作為獨立監視器被安 裝在外殼14上的選定位置並且可以以任何選定的配置連接到公用顯示 器盒以為等相總線結構IO提供溫度監視系統。雖然已經說明和描述了本發明的特定實施例，但是對本領域的技 術人員顯而易見的是在不偏離發明的精神和範圍的情況下能夠進行各 種其他變化和修改。因此旨在在所附權利要求書中覆蓋所有落入本發 明範圍內的這些變化和修改。
權利要求
1、一種用於監視結構上的多個位置的溫度監視器，所述溫度監視器包括傳感器，用於接收指示與所述傳感器間隔的多個位置的溫度的能量；位於所述傳感器和所述多個位置之間的第一構件，所述第一構件定義第一孔隙；位於所述傳感器和所述多個位置之間的第二構件，所述第二構件定義第二孔隙；所述第一構件和第二構件中的至少一個能相對於所述第一構件和第二構件中的另一個移動以產生所述第一孔隙和第二孔隙之間的相對移動；以及其中所述第一孔隙和第二孔隙之間的所述相對移動提供所述傳感器和所述多個位置的至少第一位置之間的無阻礙第一視線，允許所述傳感器接收指示所述第一位置的溫度的能量。
2、 根據權利要求1所述的溫度監視器，其中所述第一構件和第二 構件之間的連續相對移動阻礙所述第一位置和所述傳感器之間的所述 第一視線以防止所述傳感器接收來自所述第一位置的能量。
3、 根據權利要求2所述的溫度監視器，其中所述第一構件和第二 構件之間的所述連續相對移動提供所述多個位置的第二位置和所述傳 感器之間的第二無阻礙視線，允許所述傳感器接收指示所述第二位置 的溫度的能量。
4、 根據權利要求3所述的溫度監視器，其中所述第一孔隙包括細長第一槽並且所述第二孔隙和所述第一槽之間的相對移動定義沿所述 第一位置和第二位置分別與所述傳感器之間的所述第一視線和第二視線的開口。
5、 根據權利要求4所迷的溫度監視器，其中所述第二孔隙包括細 長第二槽並且所述第一槽和第二槽定義彼此橫切的延長方向。
6、 根據權利要求3所述的溫度監視器，其中所述第一構件和第二 構件中的至少一個以相對於所述第一構件和第二構件中的另一個旋轉 移動的方式被驅動。
7、 根據權利要求1所述的溫度監視器，其中所述多個位置包括多個橫向間隔構件並且包含位置指示構件，該位置指示構件提供每個所 述橫向間隔構件和所述傳感器之間的視線的位置的指示。
8、 根據權利要求7所述的溫度監視器，包含所述傳感器提供所述 傳感器和與所述橫向間隔構件相間隔的至少一個位置之間的視線以接 收指示背景溫度的能量。
9、 根據權利要求8所述的溫度監視器，其中所述橫向間隔構件包 括電總線結構中的多個間隔傳導帶。
10、 根據權利要求1所述的溫度監視器，其中所述傳感器包括紅 外傳感器。
11、 一種用於監視電總線結構上的多個位置的溫度監視器，所述 溫度監視器包括紅外傳感器，用於從總線結構上的多個離散預定位置接收紅外能量；第一構件，包括固定的第一掩模； 第二構件，包括旋轉的第二掩模；驅動構件，其以相對於所述第一構件旋轉的方式驅動所述第二構 件；以及其中所述第二構件相對於所述第一構件的旋轉定義跨所述第一掩 模構件平移的孔隙以提供從所述傳感器延伸並且掃描到所述總線結構 上的每個所述離散預定位置的移動視線。
12、 根據權利要求11所述的溫度監視器，其中所述第一掩模和第二掩模協作以遮蔽所述傳感器以防一次從所述離散預定位置中的一個 以上離散預定位置接收紅外能量。
13、 根據權利要求12所述的溫度監視器，其中所述總線結構包括 多個橫向間隔傳導帶，並且每個所述離散預定位置由所述傳導帶之一 定義。
14、 根據權利要求11所述的溫度監視器，其中所述第一掩模包括 第一細長槽，所述第二掩模包括第二細長槽。
15、 根據權利要求14所述的溫度監視器，其中所述第二槽以與所 述第一槽重疊的關係被定位以定義所述孔隙並且所述第一槽和第二槽 定義彼此橫切的延長方向。
16、 一種監視電總線結構上的多個位置處的溫度的方法，包括下列步驟在與電導體處於間隔關係的位置處提供溫度傳感器；在所述電導體和所述傳感器之間提供掩模結構，所述掩模結構包 括第一掩模和第二掩模；通過相對於所述第一掩模移動所述第二掩模，定義從所述傳感器 到所述電導體的多個視線；以及確定所述電導體上的多個橫向間隔位置中的每一個處的溫度，其 中每個所述位置對應於由從所述傳感器延伸並經過所述掩模結構到所 述電導體的視線所定義的不同角。
17、 根據權利要求16所述的方法，其中所述視線由孔隙定義，所 述孔隙由所述掩模結構形成並且以線性路徑在所述傳感器和所述電導 體之間移動。
18、 根據權利要求17所述的方法，其中相對於所述第一掩模移動 所述第二掩模的所述步驟包括旋轉所述第二掩模。
19、 根據權利要求18所述的方法，其中所述第一掩模包括第一細 長槽，所述第二掩模包括第二細長槽，所述第二細長槽以與所述笫一 槽重疊的關係被定位以定義所述孔隙並且所述第一槽和第二槽定義彼 此橫切的延長方向。
20、 根據權利要求16所述的方法，其中所述電導體上的所述間隔位置包括間隔傳導帶。
全文摘要
本發明涉及一種用於監視電總線結構上的多個位置的溫度監視器。所述溫度監視器包括紅外傳感器，用於從總線結構上的多個離散預定位置接收紅外能量；第一構件，定義固定的第一掩模；第二構件，定義旋轉的第二掩模；以及驅動構件，其以相對於所述第一構件旋轉的方式驅動所述第二構件。所述第二構件相對於所述第一構件的旋轉定義跨所述第一掩模構件平移的孔隙以提供從所述傳感器延伸並且掃描到所述總線結構上的每個所述離散預定位置的移動視線。
文檔編號G01R31/302GK101680931SQ200880018035
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月15日 優先權日2007年5月31日
發明者D·貝特曼, E·D·湯普森, E·V·迪亞茨基斯, M·特威爾多赫利布 申請人:西門子能源公司