断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的制作方法

本发明涉及电力设备测温，具体说的是一种主要应用于电力系统当中高电压、大电流工作状态的断路器无源无线测温装置以及测温监测系统。

背景技术：

电力系统中普遍使用的高压开关柜长期处于高电压、大电流的工作状态，开关柜的断路器普遍采用移动小车模式固定断路器。当进行检修工作或者停电情况下，运行人员要将断路器小车拉出开关柜。由于这样的结构，断路器经常处在机械接触、摩擦的状态。时间久后断路器的触点因老化或机械位置变化造成接触电阻增大而引起触头或接头处温度升高，如果没有及时处理，将会产生恶性循环，最终导致烧毁高压开关柜，甚至直接影响电力系统正常供电而造成巨大的经济损失。因此，对高压开关柜中断路器触头的温度进行实时监测，对于保障高压开关柜的安全运行，甚至对电网的安全生产都具有十分重要的作用。

在高电压、大电流环境下，实现温度的在线监测需要解决高压隔离和抗强电磁干扰的难题。现有高压开关柜内断路器的触头温度在线监测技术主要有以下几种：

(1)在母排接头和断路器触点的表面涂一层温变材料，着随温度变化而改变涂料的颜色，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围。这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量和实时测量，方法原始并对员工的要求高。

(2)利用红外热像仪或点温仪，操作人员定时手持仪器对准母排接头和高压开关触点进行测量。这种方法在0～200℃之间的温度值误差小、准确度高，但无法做到实时测量、仅能获得检测时候的瞬时温度，而且价格高、光学器件在高压场合使用不便。

(3)采用光纤的方式，这种方法具体实现又分为两种，一种是采用光纤光栅温度传感器，另一种是仅利用光纤传输温度信号，两者都利用了光纤耐高压、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点，该技术的最大缺陷是被测高压带电体与测量设备需要通过光纤连接，因此不能解决污闪的问题，严格地说该技术的安全性值得商榷，同时增大了现场施工的难度。

(4)采用无线测温的方式，这种方式是采用无线通信技术使温度传感器与数据集中显示器之间实现无线数据传输，不对开关柜做任何的物理结构改变，也不进行施工布线，很好地解决高压隔离的问题，同时采用超低功耗设计和屏蔽技术解决了温度采集终端的使用寿命和抗强电磁干扰的问题。

电力系统的断路器，特别是主变、母线联络断路器很难停电，一个变电站正常全站停电检修的周期在4-6年。所以要求所有的测温手段应在全变电站不停电情况下安装、检测。

涂刷温变材料不适合断路器。断路器都采用封闭金属小车进行加固和封装，在带电情况下是无法使用肉眼观察到颜色变化情况；

由于变电站开关柜由金属柜体进行封闭，开关柜的观察窗口采用普通的玻璃，红外线无法穿越这种材料。造成热像仪无法测量开关柜内设备的温度，即便安装了透红外观察窗口，也由于断路器小车的金属外壳、绝缘件等部件的遮挡造成热像仪无法取得断路器触头的视角；

光纤测温需要在柜体内部布置光纤及光纤温度采集终端，这样的工作需要开关柜母线停电情况下进行安装工作。这样对于部署、安装工作带来不便。另外由于光纤传感器的物理特性缘故，存在温漂现象，需要3年进行一次温度校验工作。这样的校验工作也需要停电拆卸传感器。

传统的无线测温装置，由于安装在母排侧或者断路器的静触头侧，也需要全站停电安装。另外大部分厂家的无线测温装置采用电池供电，所以在高温情况下寿命只有2到3年。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于：提供一种结构简单、使用方便且能够在不全站断电的情况下的安装和维护的断路器动触头无源无线采集装置。

本发明通过下述技术方案实现：断路器动触头无源无线采集装置，包括柔性硅钢基带，在该柔性硅钢基带上设置有漆包线线圈和柔性电路，所述的柔性电路包括电源模块、温度传感器、MCU以及无线发射模块，所述的温度传感器、MCU和无线发射模块均与电源模块连接，所述的漆包线线圈与电源模块连接。

所述的柔性硅钢基带的外部套装有阻燃硅橡胶套。

在所述的阻燃硅橡胶套上设置有多个防滑限位块，相邻两个防滑限位块之间形成防滑限位槽。

所述的电源模块还包括包括有稳压电路，该稳压电路包括三端稳压器IC3、电压检测芯片IC1和电压检测芯片IC2；所述的三端稳压器IC3的a引脚与电压检测芯片IC1的a引脚连接，所述的三端稳压器IC3的c引脚与电压检测芯片IC2的a引脚连接，所述的三端稳压器IC3的b引脚、电压检测芯片IC1的b引脚以及电压检测芯片IC2的b引脚连接在一起；所述的漆包线线圈的两端连接有整流桥，该整流桥的两端分别与三端稳压器IC3的a引脚和电压检测芯片IC1的c引脚连接。

所述的电源模块包括均与稳压电路并联设置的过流保护电路和储能电容C2。

所述的过流保护电路包括电阻R1、二极管W1、二极管W2、电阻R2、电阻R3、双向触发二极管Q1、电阻R4以及双向触发二极管Q2，串联电阻R1、二极管W1、二极管W2、电阻R2为第一器件组，串联电阻R3、双向触发二极管Q1、电阻R4为第二器件组，所述的第一器件组、第二器件组以及双向触发二极管Q2三者并联且与储能电容C2并联；所述的二极管W1和二极管W2反向设置，所述的双向触发二极管Q1一端与二极管W1和二极管W2之间的线路连接，另一端与双向触发二极管Q2连接。

本发明的另一个目的在于：提供一种方便测温、使用寿命长、无线传输稳定方便的断路器动触头无源无线测温监测系统。

本发明通过下述技术方案实现：断路器动触头无源无线测温监测系统，包括依次连接的无线无源温度采集装置、温度收集集中器、信号中继器、中央处理器以及用户终端；

无线无源温度采集装置，环向安装在断路器动触头端部，用于实时监测断路器的温度；

温度收集集中器，包括无线接收模块无线发送模块，将各个无线无源温度采集装置测得的温度信息集中打包并发送出去；

信号中继器，包括无线接收模块和无线发送模块，接收温度收集集中器发送的信号并增强放大，然后传动给中央处理器处理；

中央处理器，包括有无线接收模块和无线发送模块，接收信号中继器发出的信号，并将信号所带的信息与原储存在中央处理器中的数据信息进行对比，将对比得到的结果发送给用户终端；

用户终端，用于接收和显示中央处理器发出的信息。

所述的中央处理器设置有无线自组网模块，该无线自组网模块连接无线无源温度采集装置、温度收集集中器以及信号中继器；当检测到与信号中继器配合的协调器时，建立网络，并进行无线监控，若接收到信号则启动接收程序发送到用户终端，若没有接收到信号则返回上一步，若有节点申请加入网络，则批准加入网络；当检测到与温度收集集中器配合的路由器时，初始化路由器并申请加入网络，若加入网络成功则进入无线监控，否则重新申请加入网络，若接收到无线监控的数据则进行数据处理，否则重新进行无线监控；当检测到温度传感器节点时，申请加入网络，若加入成功则进入休眠状态，否则重新申请加入网络，若进入休眠状态后有命令则进行数据处理，数据处理结束进入休眠状态，否则继续保持休眠状态。

所述的用户终端包括电脑检测终端和手持终端。

所述的手持终端为智能手机。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统，在无需全站停电的情况下就可以进行安装和维护，具有结构简单使用方便的特点；采用了温度收集集中器和信号中继器，提高了可靠性；采用了无线自组网方式，提高了信号传送的可靠性和稳定性，而且能够节约资源。

（2）设置有柔性硅钢基带，并在柔性硅钢基带上设置有漆包线线圈，能够通过感应电流产生电能为整个断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统供电。

（3）设置有电源模块，并配合有相应的三端稳压器、双向触发二极管Q1、双向触发二极管Q2，可以相当方便地稳定电源模块的供电，同时可以实时地泄流，减小电器件的损伤，延长了使用寿命。

附图说明

图1为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的一种结构框图；

图2为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的硅钢基带的一种结构示意图；

图3为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的硅钢基带的配合阻燃硅橡胶套的结构示意图；

图4为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的电源模块的电路图；

图5为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的电源模块的保护电路图；

图6为本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统的电源模块的保护电路图无线自组网模块的逻辑框图；

图中，1—硅钢基带，2—漆包线线圈，3—阻燃硅橡胶套，4—防滑限位块，5—防滑限位槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1至图6所示，本发明断路器动触头无源无线采集装置，包括柔性硅钢基带1，在该柔性硅钢基带1上设置有漆包线线圈2和柔性电路，所述的柔性电路包括电源模块、温度传感器、MCU以及无线发射模块，所述的温度传感器、MCU和无线发射模块均与电源模块连接，所述的漆包线线圈2与电源模块连接。本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统，在无需全站停电的情况下就可以进行安装和维护，具有结构简单使用方便的特点；采用了温度收集集中器和信号中继器，提高了可靠性；采用了无线自组网方式，提高了信号传送的可靠性和稳定性，而且能够节约资源。值得注意的是，漆包线线圈2通过感应的方式获得电能，并传送给电源模块，电源模块给无线发射模块和温度传感器供电，所述的温度传感器紧贴断路器端部方便测温，测得的温度通过无线发射模块发射到温度收集集中器。值得注意的是由于装置为柔性带状，可根据设备的不同外型包裹在发热点附近。

实施例2：

作为优选的，所述的柔性硅钢基带1的外部套装有阻燃硅橡胶套3。该阻燃硅橡胶套3可以对柔性硅钢基带1以及柔性硅钢基带1上的电源模块等进行保护，同时也方便安装和维护，减少损伤。

实施例3：

作为优选的，在所述的阻燃硅橡胶套3上设置有多个防滑限位块4，相邻两个防滑限位块4之间形成防滑限位槽5，防止了柔性硅钢基带1从断路器动触头处滑落，方便了安装和维护。

实施例4:

作为优选的，所述的电源模块还包括包括有稳压电路，该稳压电路包括三端稳压器IC3、电压检测芯片IC1和电压检测芯片IC2；所述的三端稳压器IC3的a引脚与电压检测芯片IC1的a引脚连接，所述的三端稳压器IC3的c引脚与电压检测芯片IC2的a引脚连接，所述的三端稳压器IC3的b引脚、电压检测芯片IC1的b引脚以及电压检测芯片IC2的b引脚连接在一起；所述的漆包线线圈的两端连接有整流桥，该整流桥的两端分别与三端稳压器IC3的a引脚和电压检测芯片IC1的c引脚连接。起到了稳压保护作用，能够保证电路正常工作。

实施例5：

作为优选的，所述的电源模块包括均与稳压电路并联设置的过流保护电路和储能电容C2。过流保护电路起到电路保护作用，防止击穿损坏电路，值得注意的是，所述的储能电容C2一般采用超级法拉电容。

实施例6：

作为优选的，所述的过流保护电路包括电阻R1、二极管W1、二极管W2、电阻R2、电阻R3、双向触发二极管Q1、电阻R4以及双向触发二极管Q2，串联电阻R1、二极管W1、二极管W2、电阻R2为第一器件组，串联电阻R3、双向触发二极管Q1、电阻R4为第二器件组，所述的第一器件组、第二器件组以及双向触发二极管Q2三者并联且与储能电容C2并联；所述的二极管W1和二极管W2反向设置，所述的双向触发二极管Q1一端与二极管W1和二极管W2之间的线路连接，另一端与双向触发二极管Q2连接。值得注意的是，为保护电路输入端并联电容C1以提高稳定性。

实施例7：

本发明的断路器动触头无源无线测温监测系统，包括依次连接的无线无源温度采集装置、温度收集集中器、信号中继器、中央处理器以及用户终端；

无线无源温度采集装置，环向安装在断路器动触头端部，用于实时监测断路器的温度；

温度收集集中器，包括无线接收模块无线发送模块，将各个无线无源温度采集装置测得的温度信息集中打包并发送出去；

信号中继器，包括无线接收模块和无线发送模块，接收温度收集集中器发送的信号并增强放大，然后传动给中央处理器处理；

中央处理器，包括有无线接收模块和无线发送模块，接收信号中继器发出的信号，并将信号所带的信息与原储存在中央处理器中的数据信息进行对比，将对比得到的结果发送给用户终端；

用户终端，用于接收和显示中央处理器发出的信息。

本发明的断路器动触头无源无线采集装置以及测温监测系统，在无需全站停电的情况下就可以进行安装和维护，具有结构简单使用方便的特点；采用了温度收集集中器和信号中继器，提高了可靠性；采用了无线自组网方式，提高了信号传送的可靠性和稳定性，而且能够节约资源。

实施例8：

作为优选的，所述的中央处理器设置有无线自组网模块，该无线自组网模块连接无线无源温度采集装置、温度收集集中器以及信号中继器；当检测到与信号中继器配合的协调器时，建立网络，并进行无线监控，若接收到信号则启动接收程序发送到用户终端，若没有接收到信号则返回上一步，若有节点申请加入网络，则批准加入网络；当检测到与温度收集集中器配合的路由器时，初始化路由器并申请加入网络，若加入网络成功则进入无线监控，否则重新申请加入网络，若接收到无线监控的数据则进行数据处理，否则重新进行无线监控；当检测到温度传感器节点时，申请加入网络，若加入成功则进入休眠状态，否则重新申请加入网络，若进入休眠状态后有命令则进行数据处理，数据处理结束进入休眠状态，否则继续保持休眠状态。

自组织网络：在本发明的应用中，温度采集装置节点的位置不能预先精确设定，也无法预知无线信号传输是否畅通，信号强度是否正常。这就要求相关通讯模块具有自组织能力，能够自动进行配置和管理，通过拓扑控制机制和网络协议，自动形成转发监测数据的多跳无线网络系统。因此，温度采集装置节点是一种典型的无线自组网。

拓扑结构的动态变化：相关通讯模块（包括中继器及采集集中器）最主要的限制是携带的电源能量有限通讯模块作为一种微型嵌入式系统，其CPU能力比较弱，存储器容量比较小，但是需要完成监测数据的采集和转换、数据的管理和处理、应答汇聚节点的任务请求、节点控制等多种工作。在使用过程中，可能有部分模块因为能量耗尽或环境因素而失效，这就必须增加一些新的节点来补充失效节点，温度采集装置网络中的安装数量的动态增减带来网络拓扑结构的动态变化。这就要求无线传感器网络系统能适应这些变化，具有动态系统重构能力。

以数据为中心：传统的计算机网络在设计时比较关心节点的位置，设计工作的重点是如何设计出最佳的拓扑构型，将分布在不同地理位置的节点互联起来；如何分配IP地址，使得用户可以方便地识别节点。而本发明的相关组成部分都是一种自组织的网络，网络拓扑有可能随时在变化，用户更关心温度采集装置感知的数据能够告诉我们什么样的信息。

实施例9：

作为优选的，所述的用户终端包括电脑检测终端和手持终端，使用电脑终端的工作人员可以通过检测到断路器温度情况，并进行分析可以采用相应的应对措施，当工作人员不在电脑终端的时候，可以使用手持终端的实时检测断路器温度，防止损失。

实施例10：

作为优选的，所述的手持终端为智能手机，使用相当方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。