專利名稱：采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量設(shè)備，尤其是一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)對變電站高壓隔離開關(guān)觸頭溫度進行監(jiān)測的常規(guī)方法是依靠人力以及紅外測溫儀進行定時巡檢，這種方法不僅耗費大量人力，也不能實現(xiàn)對觸頭溫度變化的實時監(jiān)測。也有一些在線測量方案被提出，但是在這些方案中由于在線測量裝置安裝在隔離開關(guān)高壓導(dǎo)電臂上，因此如何解決裝置的供電的問題是技術(shù)的瓶頸?，F(xiàn)有的方案包括(1)懸浮溫度測量裝置，采用太陽能電池供電。在這種方案中，太陽能電池板被用于為懸浮測量裝置供電，裝置內(nèi)配置蓄電池，用于在光照條件下對能量進行存儲，在無光照條件下為裝置持續(xù)工作提供電源。這種技術(shù)方案的主要問題一是容易受到環(huán)境的影響，例如太陽能電池板的發(fā)電能力決定于光照條件，夜晚或陰雨天氣以及灰塵覆蓋下發(fā)電能力受到極大限制；其次，蓄電池的工作壽命有限，而且在低溫下儲能釋放能力受到極大的限制。(2)懸浮溫度測量裝置，采用磁場線圈感應(yīng)供電。這種方案中測量裝置的供電通過線圈來感應(yīng)線路中的負荷電流來實現(xiàn)。這種方案的最大問題是負荷電流總是處于不斷的波動之中，供電的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，有效克服了懸浮裝置供電的技術(shù)瓶頸，供電可靠性高且免維護。一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特別之處在于包括至少一個懸掛測量裝置、ZigBee基站和后臺PC，其中所有懸掛測量裝置均與ZigBee基站之間通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接,而ZigBee基站和后臺PC之間通過光纖或電纜連接。其中懸掛測量裝置包括套裝在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂上的鋁制圓筒，該鋁制圓筒通過絕緣支架與安裝在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂上的安裝銅箍剛性連接，從而在鋁制圓筒與隔離開關(guān)導(dǎo)電臂之間形成空腔，在該空腔內(nèi)的絕緣支架上安裝有兩個鋁制密封殼，在該兩個鋁制密封殼內(nèi)分別安裝有測控電路和變壓器儲能電容電路，并且該兩個電路之間通過電纜連接；還包括一熱電偶，該熱電偶的測溫端與隔離開關(guān)觸頭接觸，而其信號輸出端通過電纜與鋁制圓筒內(nèi)的測控電路電連接；該測控電路還與一天線電連接，該天線伸出鋁制圓筒外。其中熱電偶的測溫端焊接在一 Al2O3覆銅陶瓷板上，并且焊接一側(cè)的Al2O3覆銅陶瓷板表面采用硅橡膠密封，而Al2O3覆銅陶瓷板的另一側(cè)固定在隔離開關(guān)觸頭旁安裝的銅扣件上。其中變壓器儲能電容電路包括橋式整流器，該橋式整流器的交流輸入端分別與隔離開關(guān)導(dǎo)電臂和鋁制圓筒連接，其直流側(cè)則連接一個取能電容，從而讓位移電流給取能電容充電，該取能電容兩端分別與相串聯(lián)的脈沖降壓變壓器初級繞組和半導(dǎo)體放電開關(guān)兩端連接，從而在取能電容上的充電電壓達到設(shè)定閾值時通過脈沖降壓變壓器次級繞組向與該次級繞組串聯(lián)的儲能電容放電，該儲能電容與測控電路電連接從而供電。其中測控電路包括單片機，該單片機分別與熱電偶和帶有天線的ZigBee射頻收發(fā)器電連接。其中在兩個鋁制密封殼的內(nèi)壁四周均貼有硅鋼片。目前電力系統(tǒng)對變電站高壓隔離開關(guān)觸頭溫度進行監(jiān)測的常規(guī)方法是依靠人力以及紅外測溫儀進行定時巡檢，這種方法不僅耗費大量人力，也不能實現(xiàn)對觸頭溫度變化的實時監(jiān)測。雖然目前也有一些在線測量方案被提出，但是在這些方案中由于在線測量裝置安裝在隔離開關(guān)高壓導(dǎo)電臂上，因此如何解決裝置的供電是瓶頸問題。本實用新型通過電場感應(yīng)供電的方式可以使裝置依靠電力系統(tǒng)高壓側(cè)自身來取電，無需外加電源，可靠性高且免維護，有效克服了懸浮裝置供電的技術(shù)瓶頸，對于實現(xiàn)變電站無人值守具有重要意義。

附圖1為本實用新型的使用狀態(tài)示意圖；附圖2為本實用新型的原理圖；附圖3為本實用新型中懸掛測量裝置(I)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
圖1給出了本實用新型的安裝示意圖，如圖所示，整個測量裝置被安裝在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂2上，測溫的熱電偶4從裝置內(nèi)伸出，在導(dǎo)電臂2觸頭5附近通過Al2O3覆銅陶瓷片和銅扣件實現(xiàn)了導(dǎo)熱接觸，同時保證了測控電路7與導(dǎo)電臂2之間的電氣隔離。測量數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了無線傳輸。圖2給出了整個測量裝置(包括無線傳輸網(wǎng)絡(luò))的原理示意圖。整個測量裝置分為隔離開關(guān)上的懸掛測量裝置1、ZigBee基站以及后臺PC三個部分。懸掛測量裝置I與ZigBee基站之間通過無線射頻構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)，基站通過通訊光纖或電纜與后臺PC相連。懸掛測量裝置I主要用于測量隔離開關(guān)觸頭5溫度，并把溫度測量數(shù)據(jù)通過無線發(fā)送；ZigBee基站主要作用是建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，并接收各個懸掛測量裝置I發(fā)送的溫度測量數(shù)據(jù)，并通過光纖或電纜發(fā)送到后臺PC ;后臺PC的主要作用是對隔離開關(guān)觸頭5的當前溫度進行顯示，并運行IEC61850協(xié)議，把整個測量裝置接入到變電站的綜合自動化系統(tǒng)(DCS)。由于高壓隔離開關(guān)觸頭(簡稱觸頭)5溫升是隔離開關(guān)最重要的運行參數(shù)，過高的溫度會影響設(shè)備的安全運行，造成故障或事故，因此必須對其定時進行監(jiān)測?，F(xiàn)在電力系統(tǒng)對于觸頭5溫度的檢測多數(shù)采用人工巡檢和紅外測量的方法，即定時派人到各個變電站，采用紅外測溫儀或紅外熱像儀等非接觸式測量設(shè)備對觸頭5溫度進行檢測。由于電力系統(tǒng)變電站比較多，而且每個變電站內(nèi)的隔離開關(guān)也數(shù)量眾多，因此這個工作要耗費大量人力和物力，特別是對于距離城區(qū)比較遠的變電站，這個問題是比較突出的。另外，人工巡檢不能及時發(fā)現(xiàn)隔離開關(guān)觸頭5溫度的變化，對于及時發(fā)現(xiàn)問題和防止故障是不利的。因此，本實用新型提出一種測量裝置的技術(shù)方案，該測量裝置安裝在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2上，它通過熱電偶4直接對觸頭5溫度進行接觸式測量，然后把測量結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到變電站主控制室的后臺PC上，并最終融入變電站DCS系統(tǒng)中。如圖2所示，整個隔離開關(guān)溫度測量以及數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)包括隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2上的懸掛測量裝置1、ZigBee基站以及后臺PC三個部分。其中懸掛測量裝置I安裝在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂2上，是一個懸浮于高壓側(cè)的系統(tǒng)，它通過熱電偶4對觸頭5附近的溫度進行測量，測量結(jié)果通過內(nèi)置的ZigBee射頻收發(fā)器發(fā)送到地面上50 IOOm遠的ZigBee基站。懸浮測量的核心問題是如何解決高壓側(cè)設(shè)備的供電，由于無法實現(xiàn)短期定時更換，所以一切蓄電池方案均不可行，必須采用自供電方式，即依靠裝置自身來解決電源的問題。本實用新型提出一種采用電場感應(yīng)方式供電的懸浮測量方案。如圖2所示，在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2上安裝一塊感應(yīng)極板(即鋁制圓筒3)，該感應(yīng)極板與大地之間的寄生電容C(圖2中虛線連接的電容)在高電壓作用下會產(chǎn)生工頻位移電流。位移電流決定于寄生電容C的大小和聞壓等級。當感應(yīng)極板大小和安裝位置確定后，在特定的聞壓等級下，該位移電流為交流恒流源。如果能夠把該恒流源攜帶的能量進行利用，則對于解決懸浮測量的供電問題將具有重要意義，因為該能量的提供是穩(wěn)定和持續(xù)的，不受環(huán)境的影響，也沒有電池壽命的問題，而且取電的成本很低。基于這樣的思想，本實用新型提出了圖2所示的通過高壓交流電場感應(yīng)取電的電路。四個二極管Dl D4構(gòu)成一個橋式整流器，它的交流輸入端分別連接到隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2和感應(yīng)極板上，其直流側(cè)則連接一個小容量取能電容Cl。該電路的主要作用是讓位移電流給取能電容Cl充電。當取能電容Cl上的充電電壓達到某個設(shè)定閾值時，它將通過一個脈沖降壓變壓器T和半導(dǎo)體放電開關(guān)S向另外一個大容量儲能電容C2放電。脈沖降壓變壓器T的應(yīng)用主要目的是為了把取能電容Cl兩側(cè)的高電壓變換為可被測量電路直接利用的低電壓。電路中的二極管D5是為變壓器漏抗提供續(xù)流路徑，二極管D6則為變壓器副邊整流二極管。該電路采用間歇工作方式，即儲能一釋放一再儲能一再釋放的循環(huán)工作方式，在儲能期間測量電路不供電，ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點也處于脫網(wǎng)斷開方式；當儲能電容C2的能量積蓄到一定值，測量電路將被啟動，ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點也將啟動工作，連入變電站ZigBee基站創(chuàng)建的無線網(wǎng)絡(luò)，并把溫度測量結(jié)果發(fā)送給基站。ZigBee無線傳輸網(wǎng)絡(luò)是一個近些年來被廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域的工業(yè)無線局域網(wǎng)，它具有低功耗、低成本、安全性高以及網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點，非常適合在省電環(huán)境下應(yīng)用。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點包括一個主協(xié)調(diào)器(Coordinator),路由器(Routers)和終端設(shè)備(EndDevices)三種,它可以構(gòu)成星形、樹形和網(wǎng)形三種網(wǎng)絡(luò)形式。Coordinator用于創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)；Router用于將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間相互交換的數(shù)據(jù)包按照特定的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)，并管理和維護路由的路徑；End Device由用戶創(chuàng)建，用于執(zhí)行用戶指定的任務(wù)，例如利用傳感器實現(xiàn)測量，同時作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，它可以選擇加入或退出某個ZigBee網(wǎng)絡(luò)，當加入網(wǎng)絡(luò)后，能夠利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)向其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳送數(shù)據(jù)。本實用新型中，ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用星形組網(wǎng)方式，ZigBee基站為網(wǎng)絡(luò)的Coordinator節(jié)點，而懸掛在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2上的觸頭5溫度在線測量裝置則為ZigBee網(wǎng)絡(luò)的End Devices。各End Device把溫度測量數(shù)據(jù)直接向基站Coordinator發(fā)送,基站將這些數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳送到位于控制室的后臺PC上。如圖2所示，一個微功耗的單片機被用于實現(xiàn)溫度測量和ZigBee網(wǎng)絡(luò)End Device節(jié)點功能。單片機通過一個2. 4GHz的射頻收發(fā)模塊構(gòu)成了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，當儲能電容C2上存儲的電能達到足夠量后，該節(jié)點啟動工作并連入基站Coordinator建立的網(wǎng)絡(luò)中，并實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)向Coordinator 的傳輸。后臺PC的主要作用是接收并顯示來自各隔離開關(guān)觸頭5溫度的測量信息，并運行IEC61850協(xié)議，作為IED設(shè)備融入變電站DCS系統(tǒng)，使得各隔離開關(guān)的溫度測量數(shù)據(jù)能夠被電力系統(tǒng)遠方控制中心實時查看。在圖2給出的隔離開關(guān)觸頭5溫度懸浮測量系統(tǒng)方案中，在導(dǎo)電臂2上懸掛的在線測量裝置是本實用新型的核心，它的具體實施方式
如圖3所示一個鋁制圓筒3被用于實現(xiàn)電場感應(yīng)供電的感應(yīng)極板，該鋁制圓筒3還作為整個測量裝置的外殼。鋁制圓筒3形狀不僅能夠感應(yīng)相與地之間的電場，也能為相間電場提供足夠的感應(yīng)面積；另外，鋁制圓筒3形具有較大的表面曲率半徑，可以有效防止其它結(jié)構(gòu)形式由于高壓電場的集中而造成的局放問題；最后，鋁制圓筒3還作為整個測量電路的外殼，屏蔽外電場的影響。測控電路7被安裝在一個鋁制密封殼中，脈沖降壓變壓器T和儲能電容C2則被安裝在另外一個鋁制密封殼中。每個殼體的內(nèi)壁四周采用0. 3mm硅鋼片疊層形成一個磁場屏蔽(厚度約1. 5_)。屏蔽的目的是為了防止隔離開關(guān)最大負荷電流(高達數(shù)千安培)造成變壓器鐵芯以及其它磁件的飽和，進而引起放電電路短路損壞的問題。裝測控電路7的鋁制密封殼以及裝變壓器儲能電容電路10的鋁制密封殼之間用電纜連接，同時它們分別被安裝在兩塊電工絕緣木制造的底板上，這兩個底板之間采用支撐柱將其與電工絕緣木制作的安裝基板相互連接和固定。兩個安裝銅箍8相互扣合后用螺栓固定，從而把隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2與整個測量裝置緊密連接在一起。鋁合金的結(jié)構(gòu)件用于把安裝基板與薄的鋁制圓筒3外殼以及端蓋等組合在一起。天線6通過鋁制圓筒3兩端的端蓋伸出筒外。溫度測量采用熱電偶4來實現(xiàn)，為了在熱電偶4與隔離開關(guān)導(dǎo)電臂2之間形成電氣絕緣并具有良好的導(dǎo)熱能力，測量裝置中使用了功率半導(dǎo)體模塊封裝用材料Al2O3覆銅陶瓷板(DBC)。熱電偶4的熱端被采用焊料焊接到DBC的焊盤上，然后整個表面采用硅橡膠密封，構(gòu)成一個測溫元件。DBC上開有螺絲孔，整個測溫元件被采用螺栓固定到隔離開關(guān)觸頭5附近安裝的銅扣件上，從而實現(xiàn)對導(dǎo)電臂2觸頭5溫度的檢測。ZigBee射頻收發(fā)模塊把相互距離為50 IOOm的懸掛測量裝置I與ZigBee基站連接形成通訊鏈路。ZigBee基站采用定向天線6和射頻功放創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，并覆蓋所有懸掛測量裝置I終端范圍。當基站處理器收到測量裝置發(fā)出的溫度測量數(shù)據(jù)后，通過光纖把數(shù)據(jù)傳送到后臺PC上，通訊方式為異步通訊方式(UART)，波特率選擇為9600。
權(quán)利要求1.一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于包括至少一個懸掛測量裝置(I)、ZigBee基站和后臺PC，其中所有懸掛測量裝置(I)均與ZigBee基站之間通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，而ZigBee基站和后臺PC之間通過光纖或電纜連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于其中懸掛測量裝置(I)包括套裝在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂(2)上的鋁制圓筒(3)，該鋁制圓筒(3)通過絕緣支架(9)與安裝在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂(2)上的安裝銅箍(8)剛性連接，從而在鋁制圓筒(3)與隔離開關(guān)導(dǎo)電臂(2)之間形成空腔，在該空腔內(nèi)的絕緣支架(9)上安裝有兩個鋁制密封殼，在該兩個鋁制密封殼內(nèi)分別安裝有測控電路(7)和變壓器儲能電容電路(10)，并且該兩個電路之間通過電纜連接；還包括一熱電偶(4)，該熱電偶⑷的測溫端與隔離開關(guān)觸頭(5)接觸，而其信號輸出端通過電纜與鋁制圓筒(3)內(nèi)的測控電路(7)電連接；該測控電路(7)還與一天線(6)電連接，該天線(6)伸出鋁制圓筒(3)外。
3.如權(quán)利要求2所述的一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于其中熱電偶⑷的測溫端焊接在一Al2O3覆銅陶瓷板上，并且焊接一側(cè)的Al2O3覆銅陶瓷板表面采用硅橡膠密封，而Al2O3覆銅陶瓷板的另一側(cè)固定在隔離開關(guān)觸頭(5)旁安裝的銅扣件上。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于其中變壓器儲能電容電路(10)包括橋式整流器，該橋式整流器的交流輸入端分別與隔離開關(guān)導(dǎo)電臂(2)和鋁制圓筒(3)連接，其直流側(cè)則連接一個取能電容(Cl)，從而讓位移電流給取能電容(Cl)充電，該取能電容(Cl)兩端分別與相串聯(lián)的脈沖降壓變壓器(T)初級繞組和半導(dǎo)體放電開關(guān)兩端連接，從而在取能電容(Cl)上的充電電壓達到設(shè)定閾值時通過脈沖降壓變壓器(T)次級繞組向與該次級繞組串聯(lián)的儲能電容(C2)放電，該儲能電容(C2)與測控電路(7)電連接從而供電。
5.如權(quán)利要求4所述的一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于其中測控電路(7)包括單片機，該單片機分別與熱電偶(4)和帶有天線(6)的ZigBee射頻收發(fā)器電連接。
6.如權(quán)利要求2所述的一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置，其特征在于其中在兩個鋁制密封殼的內(nèi)壁四周均貼有硅鋼片。
專利摘要本實用新型涉及隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量設(shè)備，尤其是一種采用圓筒型電場感應(yīng)板的自供電高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線測量裝置。其特點是包括至少一個懸掛測量裝置(1)、ZigBee基站和后臺PC，其中所有懸掛測量裝置(1)均與ZigBee基站之間通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)無線連接，而ZigBee基站和后臺PC之間通過光纖或電纜連接。本實用新型通過電場感應(yīng)供電的方式可以使裝置依靠電力系統(tǒng)高壓側(cè)自身來取電，無需外加電源，可靠性高且免維護，有效克服了懸浮裝置供電的技術(shù)瓶頸，對于實現(xiàn)變電站無人值守具有重要意義。
文檔編號G01K7/02GK202869683SQ20122054874
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者艾紹貴, 曾翔君, 呂洪波, 詹國紅, 潘慶慶, 梅華, 駱一萍 申請人:寧夏電力公司銀川供電局, 國家電網(wǎng)公司