膨胀器状态检测装置以及检测系统的制作方法

本发明涉及电力设备安全检测领域，尤其涉及一种膨胀器状态检测装置以及检测系统。

背景技术：

电流互感器具有电流转换和电气隔离的作用，是电力系统安全运行的重要组成部分。电流互感器根据绝缘介质的不同，分为油浸式电流互感器、干式电流互感器和气体绝缘电流互感器。其中，油浸式电流互感器以变压器油为绝缘介质，具有散热快、传导均匀、绝缘性可恢复的特点，被广泛应用在电力系统中。

油浸式电流互感器的油箱上部装有金属膨胀器作为油补偿器，当电流互感器发生故障，导致贯穿性放电，其电弧使油裂解气化，互感器内部压力增大，相比于相同温度下的未故障电流互感器，膨胀器的长度拉伸。当电流互感器密封性被破坏，出现渗漏油现象，相同温度下的未故障电流互感器，膨胀器的长度将收缩。因此，根据膨胀器在不同温度下的伸缩位移变化判断电互感器是否正常是一种有效的判断方法。

在通常情况下，由于布线以及安全需要，电流互感器会被架设在高处，巡检人员难以用肉眼观察到电流互感器上的膨胀器的状态，并且由于巡检周期长，巡检难度大，巡检人员不能实时检测膨胀器的状态，难以在电流互感器时快速发现问题，影响了电力系统的安全运行，甚至会导致电力事故的发生，造成严重的经济损失。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种膨胀器状态检测装置以及检测系统，远程接收用户发送的检测指令，并将通过检测单元获取的膨胀器的状态信息发送给用户，能够解决巡检人员无法观察膨胀器的状态的问题，而且能够实现检测膨胀器的状态，从而在电流互感器故障时快速发现问题，保证了电力系统的安全运行，避免了电力事故的发生和经济损失。

为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种膨胀器状态检测装置，所述膨胀器状态检测装置固定在所述膨胀器的外罩上与所述膨胀器的上表面相对，所述膨胀器状态检测装置包括：无线通信单元、控制单元以及检测单元，所述控制单元分别与所述无线通信单元、检测单元连接；所述控制单元通过所述无线通信单元接收用户通过接收装置发送的检测指令，根据所述检测指令启动所述检测单元，并向所述检测单元发送获取所述膨胀器的状态信息的指令，所述状态信息包括温度和位移信息；所述检测单元包括温度检测模块、位移检测模块，所述检测单元接收所述控制单元发送的指令后通过所述温度检测模块、位移检测模块分别检测所述上表面的温度和所述上表面到所述位移检测模块的距离以获取所述膨胀器的状态信息；所述控制单元接收所述检测单元发送的状态信息，并将所述状态信息通过所述无线通信单元发送给用户的接收装置。

进一步地，所述膨胀器状态检测装置还包括外壳和底座，所述底座贯穿所述外罩，所述外壳与所述底座位于所述外罩外部的一端连接形成空腔，所述控制单元和所述检测单元容置在所述空腔内。

进一步地，所述底座包括底板和螺栓，所述螺栓贯穿所述底板和所述外罩，所述外壳与所述螺栓螺纹连接。

进一步地，所述膨胀器状态检测装置还包括螺母，所述螺母位于所述外罩内部，与所述螺栓螺纹连接，通过所述螺母将所述底座固定在外罩上。

进一步地，所述螺栓上设置有两个与所述螺栓轴向平行的通孔，所述温度检测模块和所述位移检测模块分别设置在不同的通孔内，通过所述通孔固定所述温度检测模块和位移检测模块。

进一步地，所述通孔靠近所述膨胀器的上表面的一端还设置有防水窗，所述防水窗嵌套在所述通孔内。

进一步地，所述膨胀器状态检测装置还包括电源，所述电源分别与所述控制单元、无线通信单元以及检测单元连接。

进一步地，所述控制单元包括信号处理模块、控制模块，信号处理模块分别与所述温度检测模块、位移检测模块连接，所述信号处理模块将所述温度检测模块、位移检测模块发送的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号发送给控制模块处理。

进一步地，所述膨胀器状态检测装置还包括主控制板，所述无线通信单元与所述控制模块固定在所述主控制板的同一侧，所述信号处理模块固定在所述主控制板的另一侧。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种膨胀器状态检测系统，所述膨胀器状态检测系统包括接收装置、膨胀器状态检测装置；所述接收装置包括处理器、存储器以及信息收发器，所述处理器分别与所述存储器、信息收发器连接，通过所述信息收发器向所述膨胀器状态检测装置发送检测指令和接收所述膨胀器状态检测装置返回的状态信息，并将所述状态信息存储在所述存储器中；所述膨胀器状态检测装置包括如上所述的膨胀器状态检测装置。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过无线通信单元远程接收用户发送的检测指令，并将通过检测单元获取的膨胀器的状态信息发送给用户，能够解决巡检人员无法观察膨胀器的状态的问题，而且能够实现检测膨胀器的状态，从而在电流互感器故障时快速发现问题，保证了电力系统的安全运行，避免了电力事故的发生和经济损失。

附图说明

图1为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的结构图；

图2为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的主视图；

图3为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的分解图；

图4为图3中膨胀器状态检测装置的部分器件一实施例的结构图；

图5为图3中膨胀器状态检测装置的部分器件另一实施例的结构图；

图6为本发明膨胀器状态检测系统一实施例的结构图。

图中：1、控制单元；2、无线通信单元；3、检测单元；4、外壳；5、外罩；6、螺母；7、底座；8、电源；9、防水橡胶圈；71、螺栓；72、底板；10、防水窗；11、控制模块；31、温度检测模块；32、位移检测模块；12、信号处理模块；81、高温锂电池；82、超级电容。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1-5，其中，图1为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的结构图；图2为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的主视图；图3为本发明膨胀器状态检测装置一实施例的分解图；图4为图3中膨胀器状态检测装置的部分器件一实施例的结构图；图5为图3中膨胀器状态检测装置的部分器件另一实施例的结构图。结合附图1-5对本发明膨胀器状态检测装置作详细说明。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置固定在膨胀器的外罩5上与膨胀器的上表面相对，膨胀器状态检测装置包括：无线通信单元2、控制单元1以及检测单元3，控制单元1分别与无线通信单元2、检测单元3连接；控制单元1通过无线通信单元2接收用户通过接收装置发送的检测指令，根据检测指令启动检测单元3，并向检测单元3发送获取膨胀器的状态信息的指令，状态信息包括温度和位移信息；检测单元3包括温度检测模块31、位移检测模块32，检测单元3接收控制单元1发送的指令后通过温度检测模块31、位移检测模块32分别检测上表面的温度和上表面到位移检测模块32的距离以获取膨胀器的状态信息；控制单元1接收检测单元3发送的状态信息，并将状态信息通过无线通信单元2发送给用户的接收装置。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置还包括外壳4和底座7，底座7贯穿外罩5，外壳4与底座7位于外罩5外部的一端连接形成空腔，控制单元1和检测单元3容置在空腔内。

在一个具体的实施例中，外壳4采用pa66+30gf+阻燃+抗老化剂的尼龙纤维防水材料，具有较好的抗腐蚀，抗衰老的性能，为整个装置提供防护。

在本实施例中，无线通信单元2采用470mhz频段的lora无线模块，控制单元1将检测单元3采集到的温度、距离数据或控制单元1处理后的报警信息将通过无线通信单元2通过无线链路向外发射给接收装置以使用户获取膨胀器的状态信息或接收报警信息。

在本实施例中，温度检测模块31采用非接触的红外测温探头，用于测量膨胀器的上表面温度，由于温度检测模块31与被测目标的距离会发生变化，温度检测单元3采集的温度会由于距离的增大而误差变大，所以通过位移检测模块32测量的距离值对温度值进行矫正，以达到在全量程里能有较好的温度精度(大约为在500毫米的量程里温度精度有±2℃)。

在本实施例中，位移检测模块32采用激光测距探头(激光波长为930nm)，用于上表面与传感装置之间的相对距离，具有较好的测量精度(在1米的量程里精度为±2mm)。

其中，底座7包括底板72和螺栓71，是承载检测装置的其他器件的主体，螺栓71贯穿底板72和所述外罩5，外壳4与螺栓71位于外罩5外部的一端螺纹连接。

在本实施例中，为了防水，在外壳4与底板72之间设置有防水橡胶圈9。

在本实施例中，底板72与螺栓71可一体成型连接或通过卡合、焊接以及其他方式连接。

在一个具体的实施例中，底座7采用不锈钢304材料。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置还包括螺母6，螺母6采用不锈钢材料，位于外罩5内部，套设在螺栓71上，与螺栓71螺纹连接，通过螺母6将底座7固定在外罩5上。

为了能够通过检测单元3检测膨胀器的温度和上表面的位移。螺栓71上设置有两个与螺栓71轴向平行的通孔，该通孔与膨胀器的上表面相对，温度检测模块31和位移检测模块32分别设置在不同的通孔内，通过通孔固定温度检测模块31和位移检测模块32。

在本实施例中，为了保护温度检测模块31和位移检测模块32，在通孔靠近膨胀器上表面的一端还设置有防水窗10，防水窗10嵌套在通孔内。温度检测模块31和位移检测模块32设置在防水窗10远离膨胀器的上表面的一侧。

在本实施例中，为进一步防水和固定防水窗10，在防水窗10与通孔之间还设置有防水橡胶圈9，通过该防水窗10和防水橡胶圈9防止水以及其他液体通过通孔接触到温度检测模块31和位移检测模块32。

在本实施例中，防水窗10为防水玻璃，在其他实施例中，还可以为透明塑料板、石英以及其他防水的透明材料。

在一个具体的实施例中，覆盖在温度检测模块31一侧的防水窗10采用锗玻璃材料(有镀膜)，增强了长红外波长(5.5um～14um，透过率大于90％)的透过率，覆盖在位移检测模块32一侧的防水窗10采用透红外黑玻璃材料(无镀膜)，增强了短红外波长(780nm～2500nm,透过率大于90％)，可见光被截止，增强了位移检测模块32的激光探头的光环境抗干扰能力，提高了位移检测模块32的工作稳定性。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置还包括电源8，电源8分别与控制单元1、无线通信单元2以及检测单元3连接，通过该电源8向膨胀器状态检测装置中的器件供电。

在本实施例中，电源8包括高温锂电池81和超级电容82，通过超级电容82提高电源8在短时间的供电能力。

在一个具体的实施例中，高温锂电池81采用容量为1200mah，供电电压为3.6v的一次性高温锂电池81。

在本实施例中，控制单元1包括信号处理模块12、控制模块11，信号处理模块12分别与温度检测模块31、位移检测模块32连接，信号处理模块12将温度检测模块31、位移检测模块32发送的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送给控制模块11处理。

在本实施例中，控制模块11采用低功耗的微处理器，控制模块11通过各种接口(包括i2c，spi，uart等)与无线通信单元2，检测单元3进行通信，控制单元1控制着整个装置的运行过程，也通过将检测单元3(温度检测模块31，位移检测模块32)或信号处理模块12传输过来的数字信号转换为对应的物理量的值(温度检测模块31测量到的上表面的温度值，位移检测模块32测量到的上表面到装置的距离)并将该距离与膨胀器未伸缩时到膨胀器状态检测装置的距离进行对比，判断是否发生位移以及在位移量超过预设值时发出报警信息。

在本实施例中，信号处理模块12将膨胀器上表面的温度数据从模拟信号转换为数字信号，数字信号再通过控制模块11校验，计算得到环境温度值。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置还包括主控制板，无线通信单元2与控制模块11固定在主控制板的同一侧，信号处理模块12固定在主控制板的另一侧。

在一个具体的实施例中，信号处理模块12与电源8设置在主控板的同一侧。

在本实施例中，膨胀器状态检测装置还包括第一电路板、第二电路板，其中，温度检测模块31固定在第一电路板上，位移检测模块32固定在第二电路板上，第一电路板固定在主控制板一侧，垂直于主控制板，二者通过排针和排母连接，第二电路板与第一电路板之间通过导线连接。

在一个具体的实施例中，信号处理模块12与温度检测模块31、位移检测模块32、控制模块11连接，包括低噪声放大器，滤波器，数模转换器和数字信号处理器,主要作用是将温度检测模块31、位移检测模块32输出的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输出到控制模块11中，信号处理模块12可以独立形成模块，也可以包含在检测单元3或控制单元1中。

在一个具体的实施例中，温度检测模块31与信号处理模块12、控制模块11连接，温度检测模块31主要由红外线敏感型热电堆检测器和信号调节器组成，通过红外测温方法，采集电流互感器膨胀器的上表面温度模拟信号，并将包含温度数据的温度模拟信号传输到信号处理模块12中，依次经过低噪声放大器、滤波器、模拟转换器和数字信号处理器后，温度模拟信号转换为包含温度数据的温度数字信号，最终，该温度数字信号被控制模块11所读取。温度检测模块31在一次测量结束后将进入睡眠模式，当另一次测量任务来临时，由控制模块11唤醒温度检测单元3。

位移检测模块32与信号处理模块12、控制模块11连接，位移检测模块32由一个激光发生器和一个单光子雪崩二极管接收阵列组成，通过测量激光脉冲从发射到上表面并反射返回这一段路程所需的时间，来计算得到电流互感器膨胀器上表面到装置的距离，用于检测膨胀器伸缩位置变化。位移检测模块32在一次测量结束后进入睡眠模式，直到由控制模块11唤醒进行下一次测量。

在本实施例中，无线通信单元2用于与接收装置进行双向无线通信，无线通信单元2既可以将测量得到的状态信息发送到接收装置，接收装置再通过4g网络或以太网将状态信息传输到服务器或移动终端，实现巡检人员远程、实时的查看电流互感器膨胀器的状态，也可以接收来自接收装置的指令，从而触发一次数据测量，这主要的应用场合是当怀疑电流互感器运行出现故障时，巡检人员可以主动获取膨胀器的状态信息以根据该状态信息获取电流互感器的状态。

在本实施例中，控制模块11用于配置温度检测模块31、位移检测模块32、无线通信单元2的运行参数，控制温度检测模块31和位移检测模块32的测量周期，对测量的温度数据和距离数据进行校准和存储。

在一个优选的实施例中，膨胀器状态检测装置通过电源8为整个装置供电，为了降低系统整体功耗，温度检测模块31、位移检测模块32、无线通信单元2和控制模块11可以都选用低功耗类型的器件，在没有测量任务的时候温度检测模块31、位移检测模块32、控制模块11都处于睡眠模式，当无线通信单元2接收到外部接收装置发出的测量指令时，无线通信单元2唤醒控制模块11，控制模块11再唤醒温度检测模块31、位移检测模块32进行测量。

在一个具体的实施例中，接收装置包括处理器、存储器、信息收发器。处理器分别与存储器、信息收发器相连接，用于配置和控制存储器、信息收发器及对电流互感器的膨胀器状态信息的处理。存储器与处理器相连接，用于存储电流互感器膨胀器当前及历史状态信息。信息收发器与处理器相连接，用于与膨胀器状态检测装置的无线通信单元2建立双向的无线通讯通道，接收来至膨胀器状态检测装置的数据和发送指令给膨胀器状态检测装置。

在本实施例中，接受装置还包括数据传输器，数据传输器与处理器相连接，用于将电流互感器膨胀器的状态信息或由处理器判断处理后的报警信息传输到接收终端中。

在本实施例中，接收终端可以是服务器或手持设备。在其他实施例中，接收终端也可以通过无线通信单元2直接与膨胀器状态检测装置连接，向其发送指令和接收其返回状态数据和报警信息。

有益效果：本发明的膨胀器状态检测装置远程接收用户发送的检测指令，并将通过检测单元获取的膨胀器的状态信息发送给用户，能够解决巡检人员无法观察膨胀器的状态的问题，而且能够实现检测膨胀器的状态，从而在电流互感器故障时快速发现问题，保证了电力系统的安全运行，避免了电力事故的发生和经济损失。

基于相同的发明构思，本发明还提出一种膨胀器状态检测系统，请参阅图6，图6为本发明的膨胀器状态检测系统一实施例的结构图。结合图6对本发明的膨胀器状态检测系统作详细说明。

膨胀器状态检测系统包括接收装置、膨胀器状态检测装置；接收装置包括处理器、存储器以及信息收发器，处理器分别与存储器、信息收发器连接，通过信息收发器向所述膨胀器状态检测装置发送检测指令和接收膨胀器状态检测装置返回的状态信息，并将状态信息存储在存储器中。

其中，膨胀器状态检测装置还包括如上述实施例所述的膨胀器状态检测装置。

在一个具体的实施例中，接收装置的处理器分别与存储器、信息收发器相连接，用于配置和控制存储器、信息收发器及对电流互感器的膨胀器状态信息的处理。存储器与处理器相连接，用于存储接收的电流互感器膨胀器当前及历史状态信息。信息收发器与处理器相连接，用于与膨胀器状态检测装置的无线通信单元建立双向的无线通讯通道，接收来至膨胀器状态检测装置发送的数据和发送指令给膨胀器状态检测装置。

在本实施例中，接收装置还包括数据传输器，数据传输器与处理器相连接，用于将电流互感器膨胀器的状态信息或由处理器判断处理后的报警信息传输到接收终端中。

在本实施例中，接收终端可以是服务器或手持设备。在其他实施例中，接收终端也可以通过无线通信单元直接与膨胀器状态检测装置连接，向其发送指令和接收其返回状态数据和报警信息。

通过螺栓将膨胀器状态检测装置安装在电流互感器膨胀器的外罩上，利用该装置测量电流互感器膨胀器上表面到检测装置的相对距离以及电流互感器膨胀器的表面温度，并通过无线通信单元将电流互感器膨胀器位移信息和温度信息发送到接收装置以传送给服务器或接收终端，巡检人员可以通过电脑或手机等设备远程的、实时的、便捷的、直观的了解电流互感器膨胀器的位置和温度信息，及时发现电流互感器的故障信息，从而及时排除电流互感器的安全隐患，保证电流互感器的安全运行。膨胀器状态检测装置通过螺栓和螺母固定在外部罩子上，安装便捷且不改变电流互感器原本的密封结构且使用电源供电和无线通信的方式传输数据，避免安装时复杂的电源线和信号线布线。

有益效果：本发明的膨胀器状态检测系统远程接收用户发送的检测指令，并将通过检测单元获取的膨胀器的状态信息发送给用户，能够解决巡检人员无法观察膨胀器的状态的问题，而且能够实现检测膨胀器的状态，从而在电流互感器故障时快速发现问题，保证了电力系统的安全运行，避免了电力事故的发生和经济损失。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和单元，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。