一种温度测量专家系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种温度测量专家系统。

背景技术：

在各种电力设备运行监测中，温度测量已经成为必备手段，它可以有效反应设备的绝缘状态，运行工况是否正常等。目前，常见的高电压环境下测量温度通常采用红外（紫外）光学测温等方法，其局限性在于，一方面仪器成本高，难以大量部署，难以做到长时间多点连续监测；另一方面，对于地下电缆、开关柜，GIS组合开关、高电压母线等设备处于高电压环境，有绝缘距离要求，设备本身或所处空间结构复杂，难以直接观测。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种适用于高电压环境下的温度测量专家系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种温度测量专家系统，包括：

现场单元，贴敷在被测高电压设备上，用于采集被测高电压设备的温度；

温度数据处理系统，与所述现场单元通信连接，用于处理各现场单元采集的实时温度数据，形成数据库；并内置每个现场单元的编码，对应所贴敷被测高电压设备和安装地点的GPS坐标信息；在监视到温度变化超过预定阈值时，发送预警信息；

客户端，与所述温度处理系统通信连接，用于接收所述温度数据处理系统发送的预警信息，并从所述温度数据处理系统读取发生故障的现场单元的编码，获知所贴敷被测高电压设备和安装地点的GPS坐标信息。

其中，所述现场单元具体包括：

温度传感器，用于采集高电压设备的温度；

模数转换模块，用于将所述温度传感器采集的模拟温度信号转换为数字温度信号；

通信模块，用于将所述模数转换模块输出的数字温度信号发送给所述温度数据处理系统。

其中，所述温度传感器具体包括：

定时触发器以及连接在所述定时触发器上的热敏电阻Rt和计算电阻R1，所述热敏电阻Rt两端分别连接在所述定时触发器的第一输入端口和第二输入端口，所述计算电阻R1一端连接在所述定时触发器的第一输入端口，另一端连接在所述定时触发器的电压输入端口，所述定时触发器的第二输入端口通过电容C接地。

其中，所述定时触发器用于输出周期性的高电平脉冲信号和低电平脉冲信号，其中，高电平脉冲信号的周期T1＝R1Cln2，低电平脉冲信号的周期T2＝RtCln2。

其中，所述模数转换模块还用于接收所述高电平脉冲信号和低电平脉冲信号，并通过计数时钟对所述高电平脉冲的周期T1和所述低电平脉冲的周期T2进行计数，得到T1、T2的两个计数值。

其中，所述温度数据处理系统用于根据所述高电平脉冲信号的周期T1的计数值、低电平脉冲信号的周期T2的计数值和所述计算电阻R1的阻值计算出对应测量温度下的热敏电阻Rt的阻值，再根据热敏电阻Rt与温度关系曲线计算出被测高电压设备的温度值。

其中，所述温度数据处理系统存储有被测高电压设备的参数和典型温度曲线，当计算出的被测高电压设备的温度值与典型温度曲线上对应的温度值之间的差值超过预定阈值时，发送预警信息。

其中，所述高电平脉冲信号的周期T1和所述低电平脉冲信号的周期T2满足T1＋T2≥50ms。

其中，所述高电平脉冲信号的周期T1为50ms，所述低电平脉冲信号的周期T2的取值范围为0～50ms。

其中，所述现场单元采用全绝缘防水壳封装，所述热敏电阻Rt从所述全绝缘防水壳引出，贴敷于被测高电压设备表面，所述全绝缘防水壳安装在与所述热敏电阻Rt相邻的位置上。

本实用新型实施例的有益效果在于：适用于10千伏及以上地下电缆接头、开关柜、GIS组合开关、高电压母线等电力设备的温度监测，这些高电压设备处于高电压环境，有绝缘距离要求，设备本身或所处空间结构复杂，难以直接观测，无法应用红外测温等常规手段；现场单元采用贴片式，集成热敏电阻、模数转换模块，窄带物联网通信模块等，全绝缘防水封装，尺寸小，现场安装方便，可以低成本、大容量部署；适合区域性大量布点，形成温度测量网络；还可作为一个子系统，嵌入到各种电力监视EMS系统之中。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种温度测量专家系统的结构框图。

图2是本实用新型中现场单元的结构框图。

图3是本实用新型中温度传感器的电路结构示意图。

图4是本实用新型中电缆头典型温度曲线示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本实用新型可以用以实施的特定实施例。

请参照图1所示，本实用新型的实施例提供一种温度测量专家系统，包括：

现场单元，贴敷在被测高电压设备上，用于采集被测高电压设备的温度；

温度数据处理系统，与所述现场单元通信连接，用于处理各现场单元采集的实时温度数据，形成数据库；并内置每个现场单元的编码，对应所贴敷被测高电压设备和安装地点的GPS坐标信息；在监视到温度变化超过预定阈值时，发送预警信息；

客户端，与所述温度处理系统通信连接，用于接收所述温度数据处理系统发送的预警信息，并从所述温度数据处理系统读取发生故障的现场单元的编码，获知所贴敷被测高电压设备和安装地点的GPS坐标信息。

进一步地，请再参照图2所示，现场单元包括：

温度传感器，用于采集高电压设备的温度；

模数转换模块，用于将温度传感器采集的模拟温度信号转换为数字温度信号；

通信模块，用于将模数转换模块输出的数字温度信号发送给所述温度数据处理系统。

本实施例中，现场单元采用全绝缘防水壳10封装，尺寸小，现场安装方便。并且温度传感器、模数转换模块和通信模块均为低功耗元件，通过电池供电，使用时间可达5年，并可在设备定期检修期间更换电池。

请结合图3所示，温度传感器具体包括：

定时触发器555以及连接在定时触发器555上的热敏电阻Rt和计算电阻R1，其中，热敏电阻Rt两端分别连接在定时触发器555的第一输入端口7和第二输入端口2，计算电阻R1一端连接在定时触发器555的第一输入端口7，另一端连接在定时触发器555的电压输入端口8，定时触发器555的第二输入端口2通过电容C接地。

为了得到数字化的温度传感信号，便于逻辑处理，本实施例是将热敏电阻Rt阻值的变化转换为脉冲周期变化，再对脉冲计数可以得到与温度值有一定关系的数字信号，经温度数据处理系统处理后就能够得到待测高电压设备的温度值。

定时触发器555输出周期性的高电平脉冲信号和低电平脉冲信号（均为方波脉冲）至模数转换模块，其中，高电平脉冲的周期T1＝R1Cln2，低电平脉冲的周期T2＝RtCln2，由模数转换模块中的计数时钟对高电平脉冲的周期T1和低电平脉冲的周期T2进行计数，得到T1、T2的两个计数值。为减少电容C对测量精度的影响，取T1/T2（计数值）的比值作为传感信号，Rt=R1T2/T1，由测量信号的两个脉冲信号的周期计数值T1、T2和计算电阻R1的阻值就可以在温度数据处理系统计算出对应测量温度下的热敏电阻阻值Rt，然后根据热敏电阻Rt与温度关系曲线计算出被测高电压设备的温度值。

考虑到后续数据发送每次需要一定的时间，约为20ms左右，为了保证数据有足够的时间发送，高电平脉冲的周期T1和低电平脉冲的周期T2应满足T1＋T2≥50ms。另外，在高温情况下，热敏电阻Rt的阻值急剧下降，其对应的T2脉冲宽度很小，为保持一定的周期，可以通过调整计算电阻R1的阻值，使T1＝R1Cln2=50ms，T2则在0～50ms范围内变化。

再由图2所示可知，热敏电阻Rt从全绝缘防水壳10引出，敷贴于被测量的高电压设备表面，温度传感器其他元件封装在全绝缘防水壳10内，并安装在与热敏电阻Rt相邻的位置上。与金属材料相比，热敏电阻Rt的电阻率温度系数为金属材料的10～100倍，甚至更高，而且根据选择的半导体材料不同，电阻率温度系数可有从－（1～6）％/℃到＋60％/℃范围的各种数值，因此它的灵敏度远高于金属热电阻、热电偶及其他热敏元件，配用简单的二次仪表可以检测出0.1×10^-5℃的温度变化。由于半导体材料电阻率远高于金属，因此可将热敏电阻Rt的尺寸制得很小：例如，珠形热敏电阻可小至直径为φ0.2mm的珠形体，这样微小的测温元件不仅热惯性小、响应速度快、对待测的环境影响很小，而且可以用于测量非常狭窄空间的温度，例如空隙、高压触头间隙等。热敏电阻Rt阻值可在10²－10⁵欧姆间任意选择，由于阻值较高，不存在类似使用热电偶时的冷端补偿问题，也无需考虑线路引线电阻和接线方式对测温精度的影响，因此使用比较方便。此外，热敏电阻Rt功耗损耗小，过载能力强，工作温度范围广，适用于远距离测温和温度控制；寿命长，易于维护，制作容易，价格便宜。

本实施例中，由于数据传输量很小，但要求通信穿透力强，功耗低，故通信模块采用窄带物联网通信，可以选用华为公司的窄带物联网通信芯片NB-IoT模块，它是基于蜂窝的窄带物联网，能实现低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，能显著改善用户设备的功耗，系统容量和深度覆盖，其低成本和低功耗的特点，为下一步广泛应用奠定基础。目前，国内电信运营商都已经支持该通信方式。

温度数据处理系统采用通用云平台计算技术进行数据存储和分析，主要功能包括处理各现场单元的实时温度数据，形成数据库；内置每个现场单元的唯一编码，对应所贴敷高电压设备和安装地点的GPS坐标信息。温度数据处理系统存储有被测高电压设备的参数和典型温度曲线，当计算出的被测高电压设备的温度值与典型温度曲线上对应的温度值之间的差值超过预定阈值时，发送预警信息。

客户端内置专家分析模块，不仅可以实时监视设备温度变化，对因绝缘老化或者外力破坏造成的温度剧变实时告警，而且应用设备全生命周期理念，可以接收温度数据处理系统实时推送的温度预警信息。客户端还可以根据实际应用需要来配置，从温度数据处理系统调用相应的设备参数和典型温度曲线并存储在本地，二者保持一致当发现故障时，客户端可以从温度数据处理系统读取该现场单元的编码，获知所贴敷高压电气设备和安装地点的GPS坐标信息，从而方便地查找到故障位置，非常适合地下高压电缆的故障处理。客户端可以内置于移动终端，方便使用。

本实用新型实施例的一种应用场景如图4所示，电缆接头因绝缘降低，导致短路跳闸，是电缆故障的主要原因。通常情况下，地下电缆的温度取决于所带负载，与通过的电流成正比，而与外部环境温度关系不大。当由于运行时间长或水浸等影响，电缆头绝缘会逐步降低，发热导致温度升高，积累到一定程度会导致绝缘破坏而短路跳闸。由于绝缘通常降低是一个缓慢过程，因此在观测到电缆头温度逐步升高之后可以预警，采取转供电等方式及时检修处理，最大限度减少停电损失。通常一条电缆有很多个接头，本实用新型实施例可以快速定位故障点，减少抢修复电时间。

通过上述说明可知，本实用新型的有益效果在于：适用于10千伏及以上地下电缆接头、开关柜、GIS组合开关、高电压母线等电力设备的温度监测，这些高电压设备处于高电压环境，有绝缘距离要求，设备本身或所处空间结构复杂，难以直接观测，无法应用红外测温等常规手段；现场单元采用贴片式，集成热敏电阻、模数转换模块，窄带物联网通信模块等，全绝缘防水封装，尺寸小，现场安装方便，可以低成本、大容量部署；适合区域性大量布点，形成温度测量网络；还可作为一个子系统，嵌入到各种电力监视EMS系统之中。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。