一种配电室无线测温系统及方法

1.本发明涉及电力测温领域，具体涉及一种配电室无线测温系统及方法。


背景技术：

2.电气设备的安全性尤为重要，电力设备系统在使用过程中会出现高温现象，特别是电力设备中的开关柜触头、电缆头触头、刀闸触头等部位，如果工作人员检查不及时，电力设备会被损坏。针对目前的情况，有的电力设备使用昂贵测温仪；但成本高且有线传输使用不方便。
3.现有采用无线传感器进行测温时，存在供能问题，目前传感节点通常采用锂电池供能的方案，然而锂电池在高温环境下工作可靠性有待验证，有爆炸风险，且更换困难，无法满足大量传感节点部署于配电室内的供能需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种配电室无线测温系统及方法，对配电室内器件温度进行实时监测，且解决节点供能问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种配电室无线测温系统，包括无线温度传感器、无线测温终端和数据后台；
6.所述无线温度传感器，安装于配电室的测温发热点，用于实时采集发热点温度并传输至无线测温终端；所述无线温度传感器包括取能装置，用于在发热点进行温差取能并为无线温度传感器供能；
7.所述无线测温终端通过无线网络将温度传输至数据后台，所述数据后台用于实时温度监测显示及温度阈值报警。
8.作为本发明的进一步改进，所述无线温度传感器还包括测温组件，所述测温组件包括依次连接的探头、补偿导线、变换器和无线通信芯片，所述探头用于将温度信号转换为电压信号，所述补偿导线用于将探头的电压信号传递给变换器，所述变换器用于将电压信号进行处理及放大并输出至无线通信芯片，所述无线通信芯片用于通过lora调制将电压信号无线传输至所述无线测温终端，所述取能装置连接所述探头。
9.作为本发明的进一步改进，所述取能装置包括绝缘外壳和温差发电组件，所述温差发电组件设在所述绝缘外壳内，所述温差发电组件包括p
‑
n热电单元和导电片，所述导电片设在所述p
‑
n热电单元两端，所述测温组件设在所述p
‑
n热电单元的p端和n端之间。
10.作为本发明的进一步改进，所述探头对应的绝缘外壳一端为蜂窝孔状结构，所述绝缘外壳采用陶瓷材料。
11.作为本发明的进一步改进，所述无线通信芯片采用lora芯片。
12.作为本发明的进一步改进，所述探头采用s型热电偶，所述变换器包括信号调理电路和滤波电路，所述探头测量的温度信号经过补偿导线的补偿后通过信号调理电路及滤波电路处理后进行输出。
13.作为本发明的进一步改进，所述无线测温终端设有串口，所述串口连接有dtu传输单元。
14.作为本发明的进一步改进，所述数据后台包括监控pc和手机端。
15.一种配电室无线测温方法，采用如上所述的一种配电室无线测温系统进行测温，包括以下步骤：
16.s1：在配电室的测温发热点配置无线温度传感器，通过无线温度传感器实时采集发热点温度并传输至无线测温终端，其中，取能装置在发热点进行温差取能并为无线温度传感器供能；
17.s2：无线测温终端通过无线网络将温度传输至数据后台；
18.s3：数据后台进行实时温度监测显示及温度阈值报警。
19.作为本发明的进一步改进，所述步骤s3中温度阈值报警具体包括：通过数据后台进行报警温度阈值设置，当监测温度大于等于温度阈值时，数据后台进行报警。
20.本发明的有益效果：本发明通过无线测温系统能够准确并且及时的监测配电室内电力设备的实时温度，可作为设备的检修的可靠依据，节省人力、提高了工作效率，减少维护工作量、减少事故的发生；系统中温度传感器采用温差取能，实现取能传感一体化，不影响主电路原有设计，具备即插即用的、灵活部署的特点，适合应用于配电室内发热点的状态监测。
附图说明
21.图1是本发明系统结构示意图；
22.图2是本发明测温组件原理结构示意图；
23.图3是本发明温度传感器结构示意图；
24.图4是本发明温差取能的能量平衡示意图；
25.图中标号说明：1、绝缘外壳；2、导电片；3、p端；4、n端；5、测温组件；51、探头。
具体实施方式
26.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
27.实施例一
28.参考图1，本发明实施例提供了一种配电室无线测温系统，包括无线温度传感器、无线测温终端和数据后台；
29.无线温度传感器，安装于配电室的测温发热点，用于实时采集发热点温度并传输至无线测温终端；无线温度传感器包括取能装置，用于在发热点进行温差取能并为无线温度传感器供能；
30.无线测温终端通过无线网络将温度传输至数据后台，数据后台用于实时温度监测显示及温度阈值报警。
31.具体的，温度传感器设置在配电室内设备上，可对配电室内母线排、上下触头、电缆接头、变压器进出线以及变频柜散热片等发热点部位温度进行实时监测，温度传感器采集温度信号后再传输至无线测温终端，无线测温终端通过无线网络将温度信号传输至数据
后台，数据后台收来自无线测温终端的信号，监控中心的显示屏上显示信号，本系统可与电力自动化系统配合，实现数据管理，实施监控，低成本高效益：使用该系统后，节约了购置昂贵测温仪的成本；既节省人员，又提高了工作效率；使得维护工作量大大减少；尽可能降低了事故发生的概率。
32.作为本实施例的进一步改进，无线测温终端设有串口，串口连接有dtu传输单元。数据后台包括监控pc和手机端。无线测温终端设置有串口服务器和显示口，串口连接有dtu传输单元将温度信号传输至监控中心，或者无线测温终端通过无线gprs网络将温度信号传输至监控中心，监控中心通过pc接收来自无线测温终端的信号，监控中心的显示屏上显示信号，或者也可以通过手机端的app来接收信号，在手机上进行实时监测。
33.实施例二
34.参考图1
‑
图3，本发明实施例提供了一种配电室无线测温系统，在实施例一的基础上，无线温度传感器还包括测温组件5，测温组件5包括依次连接的探头51、补偿导线、变换器和无线通信芯片，探头51用于将温度信号转换为电压信号，补偿导线用于将探头的电压信号传递给变换器，变换器用于将电压信号进行处理及放大并输出至无线通信芯片，无线通信芯片用于通过lora调制将电压信号无线传输至无线测温终端，取能装置连接探头。外界温度信号通过传感器探头转换为电压信号，通过补偿导线将探头端的信号传递给温度变换器，变换器将探头端电压信号进行处理及放大并输出满足要求的标准电压信号。
35.具体的，取能装置包括绝缘外壳1和温差发电组件，温差发电组件设在绝缘外壳1内，温差发电组件包括p
‑
n热电单元和导电片2，导电片2设在p
‑
n热电单元两端，测温组件5设在p
‑
n热电单元的p端3和n端4之间。探头51对应的绝缘外壳1一端为蜂窝孔状结构，绝缘外壳1采用陶瓷材料。探头51采用s型热电偶，变换器包括信号调理电路和滤波电路，探头测量的温度信号经过补偿导线的补偿后通过信号调理电路及滤波电路处理后进行输出。传感器敏感元件选用s型热电偶作为感温元件，由于热电偶温度传感器是测量端与参考端的温差，因此在参考端需要使用铂电阻进行冷端补偿。无线温度传感器外壳采用蜂窝孔状结构减少高温气流对传感器探头热电偶丝冲击，外部利用蜂窝陶瓷包裹保证探头51内部与外界空气隔绝，起到良好的密封作用，同时能够在热电偶丝与探头外壳壁间起到绝缘作用。环保陶瓷陶瓷材料具有高强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨等特异性能。对于避免水、空气及一些酸碱物质的腐蚀起到良好的作用。
36.取能装置原理，温差发电技术基于塞贝克效应，参考图3，温差发电组件从上到下依次为带蜂窝孔绝缘外壳、热侧导电片、p
‑
n热电单元、冷侧导电片以及冷侧陶瓷绝缘外壳。依靠冷热侧导电片，p
‑
n热电单元在电气层面上呈现串联形态，在热流层面上则呈并联形态。在温差发电组件接入负载，此时若在热电单元一端流入热流，形成高温端(即热端)；热量从另一端将散失掉，形成低温端(即冷端)，热电单元热端和冷端之间建立温度梯度场。热电单元内部位于高温端的空穴(p型)和电子(n型)在温度场的驱动下，开始向低温端扩散，从而在p
‑
n电偶臂两端形成电势差，负载条件下可在电路中产生电流。图4为温差发电组件的温度分布和能量平衡示意图，温差发电组件冷热侧的能量平衡方程如下所示：
37.q
hm
＝is
tc
t
tc，h
+q
tm
‑
1/2i2r
int
38.q
cm
＝is
tc
t
tc，h
+q
tm
+1/2i2r
i
39.其中，r
int
为温差发电组件的整体电阻，其包含热电偶电阻r
tc
以及接触电阻r两部
分:
40.r
int
＝r
tc
+r
ct
41.公式中的q
m
和q
cm
分别为流经温差发电组件冷热侧的热能，q
m
为流经热电偶和空气间隙之间的热能，q
m
，o
em
以及q
m
可分别由以下公式计算：
42.q
hm
＝k
hm
(t
h
‑
t
tc，h
)
43.q
cm
＝k
cm
(t
tc，c
‑
t
c
)
44.q
tm
＝(k
tc
+k
gap
)(t
tc，h
‑
t
tc，c
)
45.其中k
hm
和k
cm
分别为温差发电组件热冷侧的整体导热系数，可由以下公式计算:
46.1/k
hm
＝1/k
cp
+1/k
ct，h
47.1/k
cm
＝1/k
cp
+1/k
ct，c
48.其中k
ct，h
和k
ct，h
分别为热冷侧与温差发电组件的接触导热系数。
49.基于塞贝克效应，当温差发电组件两侧施加不同温度时，在组件两端将会有电势产生，其开路电压可由以下公式计算:
50.v
tem，ocv
＝s
tc
(t
tc，h
‑
t
tc，c
)
51.当温差发电组件为负荷r
load
供电时,流经闭合回路的电流为:
52.i＝v
tem，ocv
/(r
int
+r
load
)
53.一个温差发电组件的开路电压和输出功率可由以下公式计算:
54.v
tem，o
＝v
tem，ocv
‑
ir
int
55.p
tem，o
＝v
tem，0
i
56.基于热源的温差取能可实现取能传感一体化设计，不影响主电路原有设计，具备即插即用的、灵活部署的特点，适合应用于换流阀的状态监测。
57.作为本实施例的进一步改进，无线通信芯片采用lora芯片。lora芯片，超长距低功耗数据传输技术(long range，简称lora)，传输距离远，可靠性高，接收灵敏度
‑
141dbm，高于市场其他同类通信模块10dbm。同时，相对传统调制技术，lora
tm
调制技术在抗阻塞和选择方面也具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的问题。在复杂工业现场无线设备较多的环境下lora扩频技术的优势尤为明显，可确保信号的穿透力和稳定性，扩频通信的传输距离和抗干扰能力比单频通信提高一倍以上。lora芯片多信道组网可以有效防止信道拥挤，独有的前导码检测技术防止数据误收，保证了数据的稳定性和准确性。
58.实施例三
59.参考图1和图2，本发明实施例提供了一种配电室无线测温方法，采用实施例一中的一种配电室无线测温系统进行测温，包括以下步骤：
60.s1：在配电室的测温发热点配置无线温度传感器，通过无线温度传感器实时采集发热点温度并传输至无线测温终端，其中，取能装置在发热点进行温差取能并为无线温度传感器供能；
61.s2：无线测温终端通过无线网络将温度传输至数据后台；
62.s3：数据后台进行实时温度监测显示及温度阈值报警。
63.高低压配电室无线测温系统安装温度传感器，装在开关柜内母线排、上下触头、电缆接头、变压器进出线以及变频柜散热片等发热部位，对他们的温度进行实时的监测。温度
传感器采集温度信号后再传输至无线测温终端，无线测温终端设置有串口服务器和显示口，串口连接有dtu传输单元将温度信号传输至数据后台监控中心，或者无线测温终端通过无线gprs网络将温度信号传输至数据后台监控中心，数据后台监控中心通过pc接收来自无线测温终端的信号，监控中心的显示屏上显示信号。
64.作为本实施例的进一步改进，步骤s3中温度阈值报警具体包括：通过数据后台进行报警温度阈值设置，当监测温度大于等于温度阈值时，数据后台进行报警。频繁采样可及时掌握被测目标温度，超限立即报警，避免漏报，多重判断又充分考虑到设备的低功耗要求，在被测目标温度正常范围内减少发射次数，既降低电池损耗又避免无效数据堆积。
65.以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。