非接触式换流阀温度在线监测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种非接触式换流阀温度在线监测方法及装置，该方法为：位于高电位区的温度传感器采集换流阀散热器表面的温度数据，将温度数据转换为数字信号后通过电磁波载波发射至位于低电位区的接收装置，接收装置将接收的数字信号还原为数字形式的温度信号，根据还原的数字形式的温度信号获得换流阀温度。本发明收发装置与位于高电位区的温度传感器间无直接电接触，安全性好；温度传感器直接设置于换流阀散热器表面，精度高；可直接应用于智能换流站，实现了换流阀温度的在线监测。
【专利说明】非接触式换流阀温度在线监测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于换流阀运行状态在线监测领域，具体涉及一种非接触式换流阀温度在线监测方法及装置。
【背景技术】
[0002]高压直流输电(HVDC)的基本原理是通过整流器将交流电变换成直流电形式，再通过逆变器将直流电变换为交流电，实现电能传输和电网互联。换流阀是直流输电中最重要的元件。换流阀是为实现换流需要的三相桥式换流器的桥臂，是实现交直流电能互相转换的换流器的基本设备单元，其安全运行在整个直流输电工程中起着核心作用。换流阀工作时产生的热量，将导致芯片温度升高，如果没有适当的散热措施，可能使芯片温度超过允许的最高结温，从而导致器件性能恶化以致损坏。因此，高压直流输电中的主要设备换流阀的散热问题成为非常重要的课题。如果换流阀出现散热问题，将导致换流阀温度升高，若未及时发现和处理，将影响换流阀的工作效率甚至使用寿命。目前，还没有一种有效的换流阀温度在线监测方法。
[0003]现在常用的换流阀温度监测方法有以下几种:
[0004]1、以换流阀水冷却系统的出口水温作为间接温度测量点，通过建立散热器、加热器、换流阀的传热数学模型，间接推算出换流阀温度。该方法的缺点是无法准确获得换流阀温度，尤其无法发现换流阀的局部热点。
[0005]2、红外测温法，通过工作人员手持红外测温仪测量换流阀温度。但是，通过红外图谱间接获取温度数据，准确性有时不能满足要求；同时对红外图谱的计算机识别技术水平还不能替代人工识别，自动化程度不高，测量范围小；同时红外测温仪结构复杂，体积庞大，成本较高，并不适于换流阀温度的在线监测。
[0006]3、利用光纤光栅电缆温度传感器测量换流阀温度，该方法的原理基于电缆在工作状态下的温度场分布和通过温度对布喇格波长的调制来实现的。当光纤光栅的温度发生变化时，由于光纤的热胀冷缩以及热光效应，光纤光栅选择性反射的布喇格波长会发生变化。在常规的温度范围内，波长变化与温度变化保持线性关系，因此只要测得光纤光栅的布喇格波长，就可知光纤光栅的温度。但是该方法需要在换流阀上安装大量光纤，最大缺点是会改变换流阀上的电场分布，造成局部电场升高，威胁绝缘的有效性。
[0007]由上述分析可见，现有的换流阀温度测量方法都有各自的局限性，目前还不适合作为换流阀温度在线测量方法。因此，需要一种行之有效的换流阀温度在线监测方法。
【发明内容】
[0008]针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种非接触式换流阀温度在线监测方法及装置。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案:
[0010]一、非接触式换流阀温度在线监测方法，其特点是:位于高电位区的温度传感器采集换流阀散热器表面的温度数据，将温度数据转换为数字信号后通过电磁波载波发射至位于低电位区的接收装置，接收装置将接收的数字信号还原为数字形式的温度信号，根据还原的数字形式的温度信号获得换流阀温度。
[0011]上述根据还原的数字形式的温度信号获得换流阀温度具体为:
[0012]接收装置对接收的数字信号进行解调获得数字形式的温度信号，根据接收装置的调制方式和数字形式的温度信号获得换流阀温度。
[0013]二、非接触式换流阀温度在线监测终端，包括:
[0014]设于换流阀散热器表面的RFID温度传感器、位于低电位区的电磁收发装置和处理器，RFID温度传感器和电磁收发装置之间无电连接，电磁收发装置和处理器相连接。
[0015]上述RFID温度传感器为无源RFID温度传感器。
[0016]上述电磁收发装置为非接触式读卡器。
[0017]上述处理器为单片机，通过串口与电磁收发装置连接。
[0018]三、非接触式换流阀温度在线监测装置，包括:
[0019]设于换流阀散热器表面的RFID温度传感器、位于低电位区的电磁收发装置、处理器和换流阀温度监控工作站，RFID温度传感器和电磁收发装置之间无电连接，电磁收发装置和处理器相连接，处理器和换流阀温度监控工作站之间通过局域网进行连接。
[0020]上述处理器通过以太网接口连接智能换流站的局域网，智能换流站的局域网通过交换机连接换流阀温度监控工作站。
[0021]上述处理器采用IEC61850协议与换流阀温度监控工作站进行通信。
[0022]本发明终端将RFID (射频识别)温度传感器设于高电位区，将电磁收发装置设于低电位区，RFID温度传感器和电磁收发装置之间利用空气作为绝缘介质、利用电磁波传递能量与信号，从而实现换流阀温度的在线监测。RFID温度传感器与电磁收发装置间无直接电连接，在不影响换流阀安全运行的前提下，可准确测量换流阀的运行温度。
[0023]粘贴于换流阀散热器表面的RFID温度传感器用于采集换流阀散热器表面温度，电磁收发装置用来接收RFID温度传感器采集的温度数据，处理器用来对温度数据进行处理以获得换流阀温度。作为优选，RFID温度传感器为无源RFID温度传感器，不需要安装电池，免维护。电磁收发装置为非接触式读卡器；
[0024]本发明终端的工作原理为:
[0025]电磁收发装置以发射电磁波的形式向RFID温度传感器输送能量与读取温度信号，接收到电磁收发装置发射信号的RFID温度传感器将采集的温度信号以电磁波载波方式返回至电磁收发装置，电磁收发装置对接收的电磁波载波信号进行解调，获得数字形式的温度信号，并将数字形式的温度信号传输至处理器，处理器根据电磁收发装置采用的调制方式和接收的数字形式的温度信号计算获得换流阀温度。
[0026]本发明终端可通过以太网接口将测量的换流阀温度数据上传至智能换流站的局域网，并通过交换机继续传输换流阀温度数据至换流阀温度监控工作站，从而可实现换流阀温度的在线显示、记录和报警。
[0027]作为优选，本发明终端处理器采用IEC61850协议传送数据，即可将换流阀温度数据直接传送至智能换流站。具体传送数据过程为:处理器将换流阀温度数据送入IEC61850协议栈打包，IEC61850协议栈将换流阀温度数据转换为符合IEC61850-9-2的数据包，通过以太网接口上传至智能换流站的局域网，并通过交换机传输给换流阀温度监控工作站。
[0028]与现有技术相比，本发明具有优点:
[0029]1、位于低电位区的电磁收发装置与位于高电位区的温度传感器间无直接电接触，不会对换流阀正常运行及工作人员人身安全造成威胁，安全性好。
[0030]2、温度传感器直接设置于换流阀散热器表面，测量精度高。
[0031 ] 3、实现了换流阀温度的在线监测。
[0032]4、本发明终端处理器采用IEC61850协议与换流阀温度监控工作进行通信，可直接应用于智能换流站。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明装置的具体结构示意图；
[0034]图2是某实施例中无源RFID温度传感器在换流阀上安装位置示意图；
[0035]图3是本发明原理示意图。
[0036]图中，1-无源RFID温度传感器，2_非接触式读卡器，3_处理器，4_协议栈，5_以太网接口，6-交换机，7-换流阀温度监控工作站。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。
[0038]见图1，本发明终端包括无源RFID温度传感器(I)、非接触式读卡器(2 )和处理器(3 )。无源RFID温度传感器(I)无需电源供电，其粘贴于换流阀散热器表面，其处于高电位区，本具体实施中采用的无源RFID温度传感器(I)型号为SAW-Cl。
[0039]可发射和接收电磁信号的非接触式读卡器(2)置于换流站阀厅边缘的安全区，无源RFID温度传感器(I)和非接触式读卡器(2)不直接接触且无电连接，两者通过电磁波传递信号，非接触式读卡器(2)以发射电磁波的形式过向无源RFID温度传感器(I)输送能量与读取温度信号，接收到电磁波的无源RFID温度传感器(I)将温度信号以电磁波载波方式返回至非接触式读卡器(2)，非接触式读卡器(2)对接收的电磁载波信号进行解调，获得数字形式的温度信号，并将数字形式的温度信号传输至处理器(3)，处理器(3)处理接收的温度数据并获得换流阀温度。本具体实施中采用的非接触式读卡器(2)型号为XCRMF-801。
[0040]处理器(3)对接收的数字形式的温度信号进行处理，获得换流阀温度，并将换流阀温度数据送入IEC61850协议栈(4)进行打包处理，IEC61850协议栈(4)将换流阀温度数据转换为符合IEC61850-9-2的数据包，通过光纤以太网接口(5)上传到智能换流站的局域网，并通过交换机(6)传输给换流阀温度监控工作站(7)，实现换流阀温度的在线监测、记录和报警。本具体实施中，处理器(3)采用MC1210单片机，采用串口与非接触式读卡器(2)相连。
[0041]处理器(3)根据非接触式读卡器(2)采用的调制方式对接收的数字形式的温度信号进行处理。本具体实施中，非接触式读卡器(2)采用100%ASK调制方式与无源RFID温度传感器(I)交换数据，获得与温度信号相关的脉冲计数值N，即处理器接收的数字形式的温度信号，通过公式T = (160-N) /2计算获得换流阀温度值T，并将换流阀温度值T依次通过以太网接口( 5 )、交换机(6 )传输至换流阀温度监控工作站(7 )，换流阀温度监控工作站(7 )为远程服务器。
[0042]图2为具体实施例中无源RFID温度传感器在某±500kV换流站中的安装示意图，无源RFID温度传感器安装于换流阀上标记有1、2、3、4、5、6、7、8、9、10的散热器上，可直接测量散热器温度。
[0043]图3为本发明原理示意图，温度传感器采用为无源RFID温度传感器(I)，可通过电磁波与处于低电位区的非接触式读卡器(2)交互数据。无源RFID温度传感器(I)和非接触式读卡器(2)不接触且无电连接，无源RFID温度传感器(I)和非接触式读卡器(2)之间依靠空气绝缘，RFID温度传感器(I)与非接触式读卡器(2)相距10米以上，解决了绝缘问题，不会对换流阀正常运行及工作人员人身安全造成威胁，又可监测换流阀温度。
[0044]RFID温度传感器将采集的温度信号转换为数字信号后通过电磁波载波发射，电磁收发装置接收RFID温度传感器发射的数字信号并还原为数字量，控制器根据还原的数字量获得换流阀温度。
[0045]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.非接触式换流阀温度在线监测方法，其特征在于: 位于高电位区的温度传感器采集换流阀散热器表面的温度数据，将温度数据转换为数字信号后通过电磁波载波发射至位于低电位区的接收装置，接收装置将接收的数字信号还原为数字形式的温度信号，根据还原的数字形式的温度信号获得换流阀温度。
2.如权利要求1所述的非接触式换流阀温度在线监测方法，其特征在于: 所述的根据还原的数字形式的温度信号获得换流阀温度具体为: 接收装置对接收的数字信号进行解调获得数字形式的温度信号，根据接收装置的调制方式和数字形式的温度信号获得换流阀温度。
3.非接触式换流阀温度在线监测终端，其特征在于，包括: 设于换流阀散热器表面的RFID温度传感器、位于低电位区的电磁收发装置和处理器，RFID温度传感器和电磁收发装置之间无电连接，电磁收发装置和处理器相连接。
4.如权利要求3所述的非接触式换流阀温度在线监测终端，其特征在于: 所述的RFID温度传感器为无源RFID温度传感器。
5.如权利要求3所 述的非接触式换流阀温度在线监测终端，其特征在于: 所述的电磁收发装置为非接触式读卡器。
6.如权利要求3所述的非接触式换流阀温度在线监测终端，其特征在于: 所述的处理器为单片机，通过串口与电磁收发装置连接。
7.非接触式换流阀温度在线监测装置，其特征在于，包括: 设于换流阀散热器表面的RFID温度传感器、位于低电位区的电磁收发装置、处理器和换流阀温度监控工作站，RFID温度传感器和电磁收发装置之间无电连接，电磁收发装置和处理器相连接，处理器和换流阀温度监控工作站之间通过局域网进行连接。
8.如权利要求7所述的非接触式换流阀温度在线监测装置，其特征在于: 所述的处理器通过以太网接口连接智能换流站的局域网，智能换流站的局域网通过交换机连接换流阀温度监控工作站。
9.如权利要求7所述的非接触式换流阀温度在线监测装置，其特征在于: 所述的处理器采用IEC61850协议与换流阀温度监控工作站进行通信。
【文档编号】G08C17/02GK103604529SQ201310603939
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月25日 优先权日:2013年11月25日
【发明者】郑丰, 王金雄, 王磊, 郭树永, 张望平 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局