一種電力設備無線溫度監控系統的製作方法

2023-04-24 15:27:36 1

專利名稱：一種電力設備無線溫度監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電カ設備領域，尤其涉及ー種電カ設備無線溫度監控系統。
背景技術：
對電カ設備溫度的監測是目前國內外正在研究的ー個非常重要的難題。下面以電カ設備中的高壓開關櫃來舉例說明在對電カ設備溫度監測的重要性。高壓開關櫃作為電カ系統中非常重要的電氣設備。現代電カ系統對電能質量的要求越來越高，相應地對高壓開關櫃的可靠性也提出了更高的要求。隨著電網的發展和設備技術的提高，10kV、35kV系統開關櫃在電網中已大量使用。而開關櫃的內部過熱現象已成為開關櫃使用中的常見問題，由於開關櫃體的密閉性，在一些負荷較重的地區，存在開關櫃的溫升超標問題。開關櫃的溫升超標，直接影響設備的安全穩定運行，而且，過熱問題是ー個不斷發展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，並對絕緣件的性能及設備壽命產生很大的影響。目前，對電カ系統使用的開關櫃都需要通過型式試驗，尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中，負荷通常都不會達到開關櫃的設計滿容量，開關櫃的溫升問題應該不會很突出，但是實際情況並不盡然。開關櫃內部實際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗測出的數據高。主要有以下幾點原因(1)型式試驗測得數據通常在試驗室完成，持續時間不長，一般不超過8小吋，不具備溫升累積效應，不能等同於長期運行並持續發熱的設備。(2)不同金屬的膨脹效應不同。鋼製螺栓的金屬膨脹係數要比銅質、鋁質母線小得多，尤其是螺栓型設備接頭，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產生蠕變，也就是金屬在應カ的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關係。實踐證明，當接頭處的運行工作溫度超過80°C吋，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置吋，由於接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環所増加的接觸電阻，將會使下一次循環的熱量增加，所増加的溫度又使接頭的工作狀況進一歩變壞，因而形成惡性循環。(3)連接部位緊固螺栓壓カ不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質母線，彈性係數小，當螺母的壓カ達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續增加不當的壓力，將會造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻増大，從而影響導體接觸效果。(4)選用的導體材料電導率不滿足要求，多數屬於導體原材料純度不夠。(5)現場的其它因素，比如可能存在安裝檢修エ藝不當，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有塗專用電カ脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發熱。由此可見，要測量這些觸點的溫度並將數據實時傳出並非易事。目前，常用的測量方法主要有以下兩種
(1)接觸式的貼溫標籤法，例如，在母線接頭和開關觸點的表面塗ー層隨溫度變化而改變顏色的材料如感溫臘，通過觀察其顏色變化來大致確定溫度範圍。這種方法準確度低、可讀性差，不能進行定量和實時測量，並且需要人員定期巡視。(2)非接觸式的紅外測溫法，例如，利用紅外測量儀，操作人員定時手持儀器對準母線接頭和高壓開關觸點進行測量。這種設備價格高、操作困難，無法在強光線條件下對室外設備進行準確測量，而且仍然無法做到實時檢測，另外，紅外成像儀無法透過櫃門測量內部設備，開關櫃運行時必須關閉櫃門，導致紅外方式無法測量。這兩種方法都存在著一些問題1)不能實現全自動實時監測；2)溫度測量不準確，容易受環境影響；3)無法得出設備溫度連續變化的規律。實現電カ設備溫度自動檢測是非常迫切的需要，目前全自動實時監控出了有前面提到的紅外測溫法，還有光纖測溫法，即，光纖式溫度測溫儀採用光纖傳遞信號，其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折，易斷、不耐高溫。積累灰塵後易使絕緣性降低，且在櫃內布線難度較大，造價高。存在的問題有安裝維護困難、安全性欠佳、溫度測量不準確，易受環境影響以及封閉系統無法測溫。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷而提供ー種電カ設備無線溫度監控系統， 它能夠對電カ設備的溫度進行全自動的實時監控測量；溫度測量準確，精度高，不受環境變化影響；溫度測量範圍大；安裝使用方便，測溫螺栓易於安裝不會對電カ設備本身產生任何影響；此外只需在被測物上進行一次安裝，長期使用無需更換；能夠對連續溫度測量的數據進行保存，便於分析出設備運行中不易發現的故障，能夠保證電カ設備的正常運行，減少維修次數，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度。實現上述目的的技術方案是一種電カ設備無線溫度監控系統，其中，它包括若干個安裝於所需監控的電カ設備的測溫點上的測溫螺栓、與所述的測溫螺栓通過無線網絡連接的數據收集終端、與所述的數據收集終端相連的測溫工作站以及與所述測溫工作站連接的測溫管理WEB伺服器，其中所述的測溫螺栓每隔設定的時間自動測量所在位置的溫度，並將測得的溫度數據用無線信號發送輸出給所述的數據收集終端；所述的數據收集終端自動接收測溫螺栓發送的溫度數據，並在收到測溫工作站的讀取命令後把收到的溫度數據上傳至測溫工作站；所述的測溫工作站定時循環地讀取數據收集終端中收集的溫度數據，並寫入本地存貯器中作長期保存；所述的測溫管理TOB伺服器處理測溫工作站發出的溫度異常報警，以及查詢、統計、列印本系統測量的全部數據。上述的電カ設備無線溫度監控系統，其中，每個測溫螺栓具有唯一的編號，並且每 ー測溫螺栓需要被記錄其安裝地點，並與編號一起存入測溫工作站的配置文件中。上述的電カ設備無線溫度監控系統，其中，所述的測溫工作站具有一 RS485通信接ロ板和一 RJ45通信接ロ，它通過RS485通信接ロ板與各數據收集終端有線連接，通過 RJ45通信接口和區域網路相連以將數據輸出給所述的測溫管理WEB伺服器。上述的電カ設備無線溫度監控系統，其中，所述的測溫管理TOB伺服器與若干個冊B瀏覽器用戶端相連。上述的電カ設備無線溫度監控系統，其中，所述的測溫管理WEB伺服器還通過GSM 網絡和/或CDMA網絡向若干個手機用戶發送手機簡訊報警信息。上述的電カ設備無線溫度監控系統，其中，所述的測溫螺栓的外形為螺栓的形狀， 它包括固定在一起的具有螺紋的螺杆部以及螺帽部，所述的螺帽部的內部設置有一取電處理模塊，所述的螺杆部的內部設置有ー測溫模塊。上述的電カ設備無線溫度監測系統，其中，所述的測溫模塊包括相連的測溫電路和地址碼/隨機碼發生器，所述的取電處理模塊包括依次相連的高壓感應取電電路、貯蓄電能電路、觸發電路、小型微處理器以及高頻發射電路，所述的貯蓄電能電路還輸出信號給所述的DC/DC轉換電路，所述的地址碼/隨機碼發生器輸出信號給所述的小型微處理器，所述的高頻發射電路與所述的數據收集終端相連，其中所述的測溫電路檢測測溫點上的溫度，並將檢測到的溫度數據發送給所述的地址碼/隨機碼發生器；所述的地址碼/隨機碼發生器對於檢測到的溫度數據，識別該測溫螺栓的地址碼，並將該地址碼連同溫度數據發送給所述的小型微處理器；所述的高壓感應取電電路採集測溫點所在的高壓線對接地迴路的電流，並將採集到的電流輸出給所述的貯藏電能電路；所述小型微處理器對採集到的溫度數據進行處理，處理後將信息通過所述的高頻發射電路發射至所述的數據收集終端。上述的電カ設備無線溫度監測系統，其中，所述的小型微處理器對數據的處理包括將數據進行A/D轉換，存儲地址碼/隨機碼發生器發出的地址碼信息以及記錄當前測溫螺栓所在的位置。本發明的有益效果是本發明的測溫螺栓採用螺栓的形式，便於安裝，直接通過螺栓與被測物體連接，感溫準確；通過無線方式將數據傳輸到數據收集終端，解決了絕緣問題；直接通過高壓感應取電，實現完全無源設計，保障安全；在高電壓、高溫度、強磁場以及極強的電磁幹擾環境中，能夠實現對測溫點的測溫，解決了電子測量裝置在上述惡劣環境條件下的適應性。本發明具有如下優點①採用先進的數位化及無線傳輸技木，獨特的絕緣性能，使用方便經濟。無需傳感器內部經過特殊エ藝處理，溫度參數變化通過無線傳輸方式到收發基站。接收到的溫度信號準確可靠。無論是安裝、運行、維修都會高度安全、可靠。不會對一次設備產生任何幹擾和影響。②標準化設計，可方便擴展與其它系統互連，費用低廉，安裝靈活。從溫度信息採集到數據處理、通信自成系統，即可單路，又可多路；可與電カ系統綜合自動化系統相連接， 也可和電カ系統的區域網、廣域網相連接，融入電力自動化綜合控制系統。③保證使用距離情況下，採用超低功耗設計，測溫螺栓使用無源供電，省去了電池，提高了測溫頭的可靠性.
④測溫螺栓不但具有良好的絕緣性還有極強的抗電磁幹擾能力，運行安全、可靠、 準確性高。⑤省去了冗長繁瑣的連線，系統安裝簡潔方便。⑥測溫螺栓採用了普通六角螺栓的結構設計，除了外形和普通六角螺栓在厚度上有不同之外，其它是幾乎一祥，它是和螺栓一祥也是旋在銅牌線上，除了可以確保和銅牌完全緊接觸之外，還有ー個優點就是，利用特製的絕緣操作棒，可以帶電更換測溫頭。⑦每個測溫螺栓具有唯一的ID號，當測溫模塊被監測點溫度的同吋，把其自身的編號(ID號)也傳輸出來，這些數據最終被傳輸到小型微處理器吋，小型微處理器根據事先在資料庫中保存的測溫螺栓編號與安裝地點對應關係，自動顯示各監測點的溫度。這ー特點非常適合變電站具有大量監測點的應用要求，提高了系統的自動化程度，減輕了人工測溫時需要大量手工記錄的問題.⑧每天M小時連續在線監測，測溫螺栓每隔約30分鐘自動採集一次監測點的溫度數據，當溫度發生異常變化時立即向外發送報警信號。這樣系統既能採集到設備的連續溫度變化曲線，又能降低採集器的功耗，使測溫螺栓的使用壽命最多可達十年以上。測溫エ 作站自動收集並存儲所有監測點的溫度數據，當發現異常時立即報警。解決了傳統試溫片、 紅外線等測溫方法需要人工到現場掃描造成測溫延誤的問題.⑨具有趨勢分析功能，對每個監測點測得的溫度數據作長時間保存記錄，並實時進行分析。對溫度變化呈現逐步升高的監測點，在溫度沒有達到上限值之前，事先進行預警，把故障消除在萌芽狀態。


圖1是本發明的電カ設備無線溫度監控系統的系統結構示意圖；圖2是本發明中的測溫螺栓的結構示意圖；圖3是本發明中的測溫螺栓的內部原理圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明作進ー步說明。請參閱圖1，圖中示出了本發明的ー種電カ設備無線溫度監控系統，它包括若干個安裝於所需監控的電カ設備的測溫點上的測溫螺栓1、與測溫螺栓1通過無線網絡連接的數據收集終端2、與數據收集終端2相連的測溫工作站3以及與測溫工作站3連接的測溫管理WEB伺服器4，其中測溫螺栓1，是ー種無線溫度傳感器，在每ー個需要監測溫度的節點上安裝ー個測溫螺栓1，每隔設定的時間自動測量所在位置的溫度，並將測得的溫度數據用無線信號發送輸出給數據收集終端2，本實施例中採用433MHZ的無線FSK(頻移鍵控)通信，每個測溫螺栓1具有唯一的16b it s編號構成的ID號(編號)，實際使用時需要分配、記錄每個傳感器的安裝地點，並與編號一起存入測溫工作站3的配置文件中。數據收集終端2，自動接收測溫螺栓1發送的溫度數據，並在收到測溫工作站3的讀取命令後把收到的溫度數據上傳至測溫工作站3，受無線通信距離的限制，理論上為幾百米，實際只有幾十米，每個數據收集終端2隻管理ー組測溫螺栓1，這些測溫螺栓1的ID需要事先配置保存到數據收集終端2的八ash存儲器中，本實施例中，一對即兩個數據收集終端2可以收集499個測溫螺栓1發出的溫度數據。數據手機終端2具備顯示和報警功能， 能將測溫數據進行現場處理；也可以是可攜式終端對數據進行採集和處理。測溫工作站3，測溫工作站3為一臺エ控計算機，定時循環地讀取數據收集終端2 中收集的溫度數據，並寫入本地存貯器中作長期保存，每個變電站只需設立一個測溫工作站3，測溫工作站具有一 RS485通信接ロ板(圖中未示出)和一 RJ45通信接ロ(圖中未示出)，它通過RS485通信接ロ板與各數據收集終端2有線連接，通過RJ45通信接口和區域網路31相連，可根據測溫管理WEB伺服器4的指令，實時的把數據送出給測溫管理WEB伺服器4。測溫管理WEB伺服器4，處理測溫工作站發出的溫度異常報警，以及查詢、統計、列印本系統測量的全部數據。測溫管理WEB伺服器4與各測溫工作站3之間通過局區域網路 31的RJ45接ロ方式通信，同吋，由於採用了 TOB方式處理使得用戶在查詢，操作的處理的時候，不用專用的電腦，不用安裝用戶端程序，只要他的電腦在網上，只要在IE瀏覽器中輸入伺服器地址即可完成所有的操作。測溫管理WEB伺服器4與若干個TOB瀏覽器用戶端5相連，還可設置手機簡訊報警功能，通過GSM網絡和/或CDMA網絡61向若干個手機用戶6發送手機簡訊報警信息。請參閱圖2和圖3，圖中示出了本發明中的測溫螺栓1，測溫螺栓1的外形為螺栓的形狀，它包括固定在一起的具有螺紋的螺杆部100以及螺帽部200，螺帽部200的內部設置有一取電處理模塊12，螺杆部100的內部設置有ー測溫模塊11。測溫模塊11包括相連的測溫電路111和地址碼/隨機碼發生器112，取電處理模塊12包括依次相連的高壓感應取電電路121、貯蓄電能電路122、觸發電路123、小型微處理器124以及高頻發射電路125，貯蓄電能電路122還輸出信號給DC/DC (直流轉直流)轉換電路126，地址碼/隨機碼發生器112輸出信號給小型微處理器124，高頻發射電路125與數據收集終端2相連，其中測溫電路11，採用的型號為MF58-103-3950A，它檢測測溫點上的溫度，並將檢測到的溫度數據發送給地址碼/隨機碼發生器112 ；地址碼/隨機碼發生器112，採用的型號為16F676，地址碼/隨機碼發生器112對於檢測到的溫度數據，識別該測溫螺栓1的地址碼，並將該地址碼連同溫度數據發送給小型微處理器124 ；高壓感應取電電路121採集測溫點所在的高壓線對接地迴路的電流，並將採集到的電流輸出給貯藏電能電路122，該電路利用高壓電具有電場的特點，通過電位差來取電， 實現了無源的特點；貯蓄電能電路122可以採用ー電容來蓄能，當電能升高到工作電路所需的電能吋，則開始工作，貯蓄的能量放光後則在次通過高壓感應取電電路121採集能量來蓄能。觸發電路123觸發小型微處理器123工作。小型微處理器IM對採集到的溫度數據進行處理，處理後將信息通過高頻發射電路125發射至數據收集終端2，小型微處理器IM對數據的處理包括將數據進行A/D (模擬 /數字)轉換，存儲地址碼/隨機碼發生器112發出的地址碼信息以及記錄當前測溫螺栓1 所在的位置。
高頻發射電路125採用315M的高頻發射電路。綜上所述，本發明是一種無線測溫系統，採用先進成熟的傳感技術和獨特先進的無線通訊技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場幹擾性能，從根本上解決了高壓開關櫃內觸點運行溫度不易監測的難題。具有極高的可靠性和安全性，隔離徹底，價格低廉，安裝簡便，可以安裝到每臺高壓開關柜上，無線傳輸記錄入電カ網絡系統，實現遠程預警功能。在中心監控室內就可以實時監視運行設備的溫度狀況，真正做到了遠距離遙測，當被測點溫度超過預先設定的數值時，就發出報警信號及時提醒有關人員採取措施。通過連續監測高壓開關櫃內接點的運行溫度，可確定觸點接頭處的過熱程度，當發生超溫時，發出報警指示。測溫螺栓1被安裝到開關櫃內的帶電觸頭上，實現開關櫃溫度的集中監測，對過熱點進行分析並報警。本發明可以在發電廠應用，諸如發電廠的鍋爐、管線、發電機組、變電設備等有幾千個點需要檢測的設備。還可以下列領域應用，例如在鐵路運輸中，每節車廂的軸溫檢測； 鋼鐵廠以及機械加工業；農業生產中大棚以及冷庫的溫度檢測；各種設備機房的溫度檢測以及其他大量需要測溫的應用。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求所限定。
權利要求
1.ー種電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在於，它包括若干個安裝於所需監控的電 カ設備的測溫點上的測溫螺栓、與所述的測溫螺栓通過無線網絡連接的數據收集終端、與所述的數據收集終端相連的測溫工作站以及與所述測溫工作站連接的測溫管理WEB伺服器，其中所述的測溫螺栓每隔設定的時間自動測量所在位置的溫度，並將測得的溫度數據用無線信號發送輸出給所述的數據收集終端；所述的數據收集終端自動接收測溫螺栓發送的溫度數據，並在收到測溫工作站的讀取命令後把收到的溫度數據上傳至測溫工作站；所述的測溫工作站定時循環地讀取數據收集終端中收集的溫度數據，並寫入本地存貯器中作長期保存；所述的測溫管理WEB伺服器處理測溫工作站發出的溫度異常報警，以及查詢、統計、列印本系統測量的全部數據。
2.根據權利要求1所述的電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在幹，每個測溫螺栓具有唯一的編號，並且每ー測溫螺栓需要被記錄其安裝地點，並與編號一起存入測溫工作站的配置文件中。
3.根據權利要求1所述的電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在幹，所述的測溫工作站具有一 RS485通信接ロ板和一 RJ45通信接ロ，它通過RS485通信接ロ板與各數據收集終端有線連接，通過RJ45通信接口和區域網路相連以將數據輸出給所述的測溫管理WEB服務ο
4.根據權利要求1所述的電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在幹，所述的測溫管理 WEB伺服器與若干個WEB瀏覽器用戶端相連。
5.根據權利要求1或4所述的電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在幹，所述的測溫管理WEB伺服器還通過GSM網絡和/或CDMA網絡向若干個手機用戶發送手機簡訊報警信息。
6.根據權利要求1所述的電カ設備無線溫度監控系統，其特徵在幹，所述的測溫螺栓的外形為螺栓的形狀，它包括固定在一起的具有螺紋的螺杆部以及螺帽部，所述的螺帽部的內部設置有一取電處理模塊，所述的螺杆部的內部設置有ー測溫模塊。
7.根據權利要求1或6所述的電カ設備無線溫度監測系統，其特徵在幹，所述的測溫模塊包括相連的測溫電路和地址碼/隨機碼發生器，所述的取電處理模塊包括依次相連的高壓感應取電電路、貯蓄電能電路、觸發電路、小型微處理器以及高頻發射電路，所述的貯蓄電能電路還輸出信號給所述的DC/DC轉換電路，所述的地址碼/隨機碼發生器輸出信號給所述的小型微處理器，所述的高頻發射電路與所述的數據收集終端相連，其中所述的測溫電路檢測測溫點上的溫度，並將檢測到的溫度數據發送給所述的地址碼/ 隨機碼發生器；所述的地址碼/隨機碼發生器對於檢測到的溫度數據，識別該測溫螺栓的地址碼，並將該地址碼連同溫度數據發送給所述的小型微處理器；所述的高壓感應取電電路採集測溫點所在的高壓線對接地迴路的電流，並將採集到的電流輸出給所述的貯藏電能電路；所述小型微處理器對採集到的溫度數據進行處理，處理後將信息通過所述的高頻發射電路發射至所述的數據收集終端。
8.根據權利要求7所述的電カ設備無線溫度監測系統，其特徵在幹，所述的小型微處理器對數據的處理包括將數據進行A/D轉換，存儲地址碼/隨機碼發生器發出的地址碼信息以及記錄當前測溫螺栓所在的位置。
全文摘要
本發明公開了一種電力設備無線溫度監控系統，包括若干個安裝於所需監控的電力設備的測溫點上的測溫螺栓、與測溫螺栓通過無線網絡連接的數據收集終端、與所述的數據收集終端相連的測溫工作站以及與所述測溫工作站連接的測溫管理WEB伺服器。本發明能夠對電力設備的溫度進行全自動的實時監控測量；溫度測量準確，精度高，不受環境變化影響；溫度測量範圍大；安裝使用方便，測溫螺栓易於安裝不會對電力設備本身產生任何影響；此外只需在被測物上進行一次安裝，長期使用無需更換；能夠對連續溫度測量的數據進行保存，便於分析出設備運行中不易發現的故障，能夠保證電力設備的正常運行，減少維修次數，提高電力系統的運行可靠性和自動化程度。
文檔編號G05D23/20GK102566621SQ201010611569
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者仇愛民, 徐鍇, 陸敏勇, 黃曉粵 申請人:上海東潤供電實業有限公司, 上海市電力公司, 上海市電力公司物流服務中心