本發(fā)明涉及一種高壓隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源無線監(jiān)測裝置，屬于隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隔離開關(guān)作為電力系統(tǒng)中使用量最大的高壓開關(guān)設(shè)備，主要起著隔離電源、分合無負(fù)荷電路、進(jìn)行倒閘操作等作用。由于其安裝于室外環(huán)境中，長期運行在高電壓、大電流工況下，靠相對簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)完成觸頭的開、合切換，所以更容易發(fā)生觸頭松動、老化、接觸不良等缺陷，導(dǎo)致觸頭溫升過高，加劇觸頭接觸表面氧化，導(dǎo)致局部熔焊或接觸松動處產(chǎn)生電弧放電，最終造成電氣設(shè)備的損壞甚至停電等重大事故。因此，對隔離開關(guān)觸頭溫度進(jìn)行在線監(jiān)測意義重大。

目前，針對隔離開關(guān)觸頭溫度在線監(jiān)測的方法主要有紅外法、光纖光柵測溫法、熱電偶法等。其中，紅外法通過紅外信號探測器接收隔離開關(guān)發(fā)射的紅外信號進(jìn)行溫度測量，但是易受外界干擾，測量誤差大，且成本較高；光纖光柵測溫法雖具有較強(qiáng)的抗干擾能力，但光纖在戶外積灰受潮易發(fā)生沿面放電，影響設(shè)備的絕緣性能，安裝較為不便且成本較高；熱電偶法技術(shù)成熟，性能可靠，但無源化和無線通信抗干擾能力的問題還有待解決。此外，國內(nèi)外普遍采用了鋰電池供電無線測溫傳感器，但鋰電池使用壽命只有5-8年，且在高溫下容易發(fā)生爆炸、漏液等現(xiàn)象。總之，目前關(guān)于高壓隔離開關(guān)觸頭溫度在線監(jiān)測的方法雖然很多，但是還沒有一種方案能夠全面地解決絕緣、通信、能源供給、可靠性、使用壽命、安裝方便性等所有問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種能夠?qū)崟r進(jìn)行溫度監(jiān)測的高壓隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源無線監(jiān)測裝置，供電可靠、易于安裝，維護(hù)方面，適合戶外高壓隔離開關(guān)觸頭溫度監(jiān)測。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明的一種高壓隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源無線監(jiān)測裝置，包括溫度傳感器、無線通訊模塊、溫度集中采集器、遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)、用于控制無線通訊模塊供電回路通斷的控制單元和電流感應(yīng)電源，所述電流感應(yīng)電源為溫度傳感器、控制單元和無線通訊模塊供電；溫度傳感器將采集到的隔離開關(guān)觸點溫度信號通過無線通訊模塊發(fā)送到溫度集中采集器，由所述溫度集中采集器完成溫度信號的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲、當(dāng)?shù)仫@示和發(fā)送遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)；電流感應(yīng)電源、控制單元和無線通訊模塊封裝在柔性環(huán)狀密封殼內(nèi)。

上述柔性環(huán)狀密封殼套在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂上，所述柔性環(huán)狀密封殼中的電流感應(yīng)電源、控制單元和無線通訊模塊通過硅橡膠電纜與溫度傳感器連接，所述溫度傳感器固定在隔離開關(guān)觸頭結(jié)合點。

上述電流感應(yīng)電源采用磁感應(yīng)鐵芯設(shè)計，依據(jù)電流感應(yīng)原理獲取能量，可在一次電流4A～6300A的范圍內(nèi)可靠工作。

上述磁感應(yīng)鐵芯選用坡莫合金帶，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.6-1.0T，當(dāng)一次電流大于等于65A時鐵芯磁飽和。

上述坡莫合金帶采用納米技術(shù)制造，坡莫合金帶的厚度為0.3mm，所述磁感應(yīng)鐵芯采用20層疊繞方式。

上述柔性環(huán)狀密封殼內(nèi)的電流感應(yīng)電源、控制單元和無線通訊模塊采用柔性、環(huán)狀封裝，柔性環(huán)狀密封殼的寬度為14mm，厚度為8mm。

上述控制單元的電路包括低壓線性穩(wěn)壓器、電壓檢測芯片、鍺二極管和依次串聯(lián)的多個硅二極管；所述低壓線性穩(wěn)壓器的1號管腳為電壓輸入端，3號管腳為電壓輸出端，2號管腳為控制腳，低壓線性穩(wěn)壓器的2號管腳與電壓檢測芯片的2號管腳相連接；第一個硅二極管的正極與電壓輸入端相連接，鍺二極管的正極與低壓線性穩(wěn)壓器的3號管腳相連接，最后一個硅二極管的負(fù)極及鍺二極管的負(fù)極均與電壓檢測芯片的1號管腳相連接，電壓檢測芯片的3號管腳及低壓線性穩(wěn)壓器的4號管腳均接地。

本發(fā)明的有益效果如下：

1.實時溫度監(jiān)測。有效解決發(fā)熱實時監(jiān)測問題，依靠高壓設(shè)備電場自己獲取電源提供給溫度傳感器及無線通訊模塊，完成對室外隔離開關(guān)觸頭的在線溫度監(jiān)測，將傳統(tǒng)的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芨兄O(shè)備。

2.柔性環(huán)狀密封殼。裝置由柔性環(huán)狀密封殼直接套在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂上而固定，不受隔離開關(guān)接觸臂橫截面不同影響，不會引起導(dǎo)電回路絕緣問題，不影響隔離開關(guān)正常運行。

3.不需要依靠外界能源供給。本發(fā)明裝置依靠高壓設(shè)備電場自己獲取電源提供給溫度傳感器及無線通訊模塊，完成對室外隔離開關(guān)觸頭的在線溫度監(jiān)測。

4.本發(fā)明的裝置體積小、重量輕、供電可靠、抗干擾能力強(qiáng)、易于安裝，維護(hù)方面，適合戶外高壓隔離開關(guān)觸頭溫度監(jiān)測。

附圖說明

圖1為高壓隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源無線監(jiān)測裝置系統(tǒng)原理圖；

圖2為高壓隔離開關(guān)通流回路異常發(fā)熱接觸式無源無線監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(A)為溫度傳感器的正視圖；

圖3(B)為溫度傳感器的俯視圖；

圖3(C)為溫度傳感器的側(cè)視圖；

圖4(A)為溫度傳感器的正面安裝圖；

圖4(B)為溫度傳感器的側(cè)面安裝圖；

圖5為控制單元的電路圖；

圖6為溫度傳感器防誤報程序邏輯圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明就是在這樣的工程背景下，探索解決隔離開關(guān)觸頭測溫系統(tǒng)供電、抗干擾、無線通訊等問題的方法，擬開發(fā)一種戶外高壓隔離開關(guān)接觸式無線溫度監(jiān)測裝置，在不改變隔離開關(guān)結(jié)構(gòu)、保證設(shè)備正常運行的基礎(chǔ)上，對隔離開關(guān)觸點溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，使得隔離開關(guān)出現(xiàn)缺陷后，可通過實時溫度數(shù)據(jù)獲得警示，讓工作人員及時地采取檢修和排查措施，防止設(shè)備故障的惡化。

參見圖1，裝置包括以下幾個部分，即：溫度傳感器1，電流感應(yīng)電源4，控制單元6，無線通訊模塊2，柔性環(huán)狀密封殼，溫度集中采集器，遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)。

本發(fā)明公開的一種戶外高壓隔離開關(guān)接觸式無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)依靠高壓設(shè)備電場自己獲取電源提供給溫度傳感器1及無線通訊模塊2，完成對室外隔離開關(guān)觸頭的在線溫度監(jiān)測。采用無線自組網(wǎng)通訊模式，通過橋接模式將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)集中器。

正常運行時：系統(tǒng)能夠及時掌握各監(jiān)測點的正常運行情況，將隔離開關(guān)觸頭接觸溫度信息發(fā)送到站內(nèi)后臺或遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)，在計算機(jī)上能夠方便地查詢有關(guān)實時信息和歷史數(shù)據(jù)。為及時掌握各監(jiān)測點在故障前的運行狀態(tài)，預(yù)防隱患的發(fā)生，保證設(shè)備的正常運行，并提供靈活的參數(shù)調(diào)整手段。

異常運行時：系統(tǒng)能夠及時掌握各監(jiān)測點的異常運行情況，將各接頭的溫度越限、溫升過快和電池電壓低等報警信息發(fā)送到站內(nèi)后臺或遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)；在計算機(jī)上能夠方便地查詢有關(guān)報警信息和實時數(shù)據(jù)，及時掌握各監(jiān)測點在異常運行時的運行狀態(tài)，通知運行值班人員處理，避免惡性事故的發(fā)生。

戶外高壓隔離開關(guān)接觸式無線溫度監(jiān)測裝置具有以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

一、整體外形設(shè)計

本發(fā)明無線測溫裝置套在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂上，通過硅橡膠電纜3連接溫度傳感器1，整體結(jié)構(gòu)參見圖2所示。

溫度傳感器1將采集到的溫度信號通過無線通訊模塊2發(fā)送到溫度集中采集器，由溫度集中采集器完成溫度信號的處理、存儲、當(dāng)?shù)仫@示和發(fā)送遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)；電流感應(yīng)電源4為溫度傳感、控制單元6以及無線通訊模塊2供電；控制單元6可控制無線通訊模塊2供電回路的通斷；柔性環(huán)狀密封殼用于封裝電流感應(yīng)電源4，控制單元6和無線通訊模塊2。

溫度傳感器1采用Pt電阻，并在溫度傳感器外殼1-2上安裝捆綁扎帶固定環(huán)1-1，其寬度為5mm，高3mm，結(jié)構(gòu)參見圖3(A)、圖3(B)和圖3(C)。

現(xiàn)場使用時，使用不銹鋼扎帶1-5將溫度傳感器1直接固定在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂1-6上，并拉緊不銹鋼扎帶1-5，確保溫度傳感器1緊貼在隔離開關(guān)觸頭結(jié)合點，安裝到位的結(jié)構(gòu)參見圖4(A)和圖4(B)。

●傳感器長期工作在室外，應(yīng)選用耐候特性特別好的絕緣外殼，本實施例采用的是硅橡膠絕緣外套7；

●傳感器全部器件應(yīng)采用高絕緣特性灌裝膠進(jìn)行密閉，確保在潮濕環(huán)境中可靠工作；

●除了天線外，其他電子器件應(yīng)采用特殊的屏蔽技術(shù)進(jìn)行屏蔽包裹，確保強(qiáng)電磁環(huán)境中可靠工作；

二、電流感應(yīng)電源

電流感應(yīng)電源4采用磁感應(yīng)鐵芯設(shè)計，依據(jù)電流感應(yīng)原理獲取能量，可在一次電流4A～6300A的范圍內(nèi)可靠工作。

磁感應(yīng)鐵芯選用坡莫合金帶5，其導(dǎo)磁率是普通硅鋼片的1000倍，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.6-1.0T之間，當(dāng)一次電流為65A時鐵芯磁飽和，滿足大電流工況下不發(fā)熱、不震動的要求。坡莫合金帶5采用納米技術(shù)制造，厚度只有0.3mm，磁感應(yīng)鐵芯采用20層疊繞方式，可在很小橫截面積情況下實現(xiàn)大磁通，并能快速實現(xiàn)磁保護(hù)，也可確保磁感應(yīng)鐵芯外形是柔性的。

三、柔性環(huán)狀密封殼

柔性環(huán)狀密封殼采用柔性、環(huán)裝封裝，厚度小于8mm，可直接套在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂上，不受隔離開關(guān)接觸臂橫截面不同影響。采用耐候特性特別好的硅橡膠材料作為絕緣外殼，采用高絕緣特性灌裝膠進(jìn)行密閉，確保在潮濕環(huán)境中可靠工作。

四、傳感器控制單元

控制單元6利用靜態(tài)功耗小于2uA的低功耗電壓檢測芯片配合二極管實現(xiàn)對三端穩(wěn)壓電源芯片的控制，采用自主設(shè)計的電路，使得電壓檢測芯片具有2V回差，避免傳感器在低電流情況下，不穩(wěn)定工作。

一般在一次電流低于10A的工況下，傳感器電源裝置需要半分鐘左右儲能才能達(dá)到額定電壓，若此時儲能電容剛剛達(dá)到芯片門檻值，MCU及發(fā)射電路即開始發(fā)射數(shù)據(jù)，由于電量不足，會造成發(fā)射到一半時傳感器電壓拉跨，低于門檻值，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，造成發(fā)送失敗。如此反復(fù)傳感器進(jìn)入震蕩狀態(tài)，儲能電容無法充滿電量。通過具有回差的電子開關(guān)，儲能電容電壓大于3.5V時導(dǎo)通，低于3.1V時關(guān)閉，這樣在低電流情況下，儲能電容也可通過半分鐘左右時間充滿電，無線發(fā)射模塊通過2ms時間將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器。

本發(fā)明利用低功耗電壓檢測芯片配合二極管實現(xiàn)對低壓差線性穩(wěn)壓器(核心元件為LDO芯片)的控制。實現(xiàn)具有2V左右回差電子開關(guān)。電子開關(guān)靜態(tài)功耗小于2uA，參見圖5。

其中，LDO為低壓線性穩(wěn)壓器。1管腳為電壓輸入端。允許電壓輸入范圍3.3～9V；3管腳為電壓輸出端。輸出電壓為3.3V；2管腳為控制腳。當(dāng)輸入高電平時LDO工作，當(dāng)輸入低電平時LDO關(guān)閉。

D1～D3為硅二極管，D4為鍺二極管壓降為0.3V。

HT2027 2.7V電壓檢測芯片。當(dāng)1管腳電壓大于2.7V時，2管腳輸出高電平2.7V，當(dāng)1管腳電壓小于2.7V時，2管腳輸出低電平。

V_out后面負(fù)載工作電壓為3.3V。Vin的工作電壓范圍是0～5.6V。如果這個控制電路，V_out后面負(fù)載將無法工作。Vin端的能量非常小，只能提供非常微弱的電能。微弱的電能存儲在電容內(nèi)。電壓逐步抬高到芯片能夠工作的電壓，芯片開始工作但還沒有完成相應(yīng)的程序邏輯，系統(tǒng)電壓即被拉夸，低至芯片無法工作的狀態(tài)。但此時電壓只是稍微低于工作門檻電壓，所以很快芯片又開始工作。但電容存儲的電能有限，又被拉夸。如此反復(fù)。為了解決這個問題本電路由此產(chǎn)生。其核心目的就是讓電容多儲備一些電能。當(dāng)電容電壓低于一個設(shè)定值的時候關(guān)閉供能回路。

Vin端由于有儲能電容，輸入電壓逐步升高，當(dāng)達(dá)到4.8V(HT70272.7V+三個二極管PN節(jié)3*0.7＝4.8V)。此時HT7027的2管腳輸出高電平LDO開始工作Vout輸出3.3V。由于負(fù)載造成電容電壓逐步降低。低于4.8V后，就不能通過D1～D3來維持LDO的控制腳高電平了，需要D4二極管來完成電壓反饋。Vout經(jīng)過D4后壓降一直維持到3V。HT7027的2管腳一直輸出高電平。LDO持續(xù)工作一直到Vin低于3.3V后，LDO自動截止。此時電容開始儲能。

五、具備數(shù)據(jù)糾錯能力的數(shù)據(jù)校驗?zāi)Ｐ?/p>

本發(fā)明采用海明校驗法，確保通訊可考慮數(shù)據(jù)校驗規(guī)則應(yīng)具備糾錯能力。

溫度傳感器1工作在強(qiáng)電磁環(huán)境中，易發(fā)生電磁干擾。為了確保通訊可考慮數(shù)據(jù)校驗規(guī)則應(yīng)具備糾錯能力。傳統(tǒng)的奇偶校驗規(guī)則無法滿足要求，本發(fā)明采用海明校驗法。

海明校驗法由Richard Hamming于1950年提出，是只要增加少數(shù)幾個校驗位，就能檢測出二位同時出錯、亦能檢測出一位出錯并能自動恢復(fù)該出錯位的正確值的有效手段，后者被稱為自動糾錯。

實現(xiàn)原理是在k個數(shù)據(jù)位之外加上r個校驗位，從而形成一個k+r位的新的碼字，使新的碼字的碼距比較均勻地拉大。把數(shù)據(jù)的每一個二進(jìn)制位分配在幾個不同的偶校驗位的組合中，當(dāng)某一位出錯后，就會引起相關(guān)的幾個校驗位的值發(fā)生變化，這不但可以發(fā)現(xiàn)出錯，還能指出是哪一位出錯，為進(jìn)一步自動糾錯提供了依據(jù)。

六、防誤報警程序設(shè)計

傳感器布置在高壓設(shè)備上，線路中的諧波等干擾因素特別容易造成采集數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，造成傳感器誤報，為此需要考慮防誤報程序邏輯設(shè)計，防誤報程序邏輯圖如圖6所示。

本發(fā)明專利的主要特點在于：

1.實時溫度監(jiān)測。有效解決發(fā)熱實時監(jiān)測問題，依靠高壓設(shè)備電場自己獲取電源的提供給溫度傳感器1及無線通訊模塊2，完成對室外隔離開關(guān)觸頭的在線溫度監(jiān)測，將傳統(tǒng)的設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芨兄O(shè)備。

2.柔性環(huán)裝密封殼。裝置由柔性環(huán)裝密封殼直接套在隔離開關(guān)導(dǎo)電臂上而固定，不受隔離開關(guān)接觸臂橫截面不同影響，不會引起導(dǎo)電回路絕緣問題，不影響隔離開關(guān)正常運行。

3.不需要依靠外界能源供給。靠電場本身特點獲取能量，確保設(shè)備全壽命周期內(nèi)免維護(hù)，降低使用成本，提高工作效率。

4.裝置體積小、重量輕、供電可靠、抗干擾能力強(qiáng)、易于安裝，維護(hù)方面、適合戶外高壓隔離開關(guān)觸頭溫度監(jiān)測。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。