一种采用NTC测温电路的开关柜温度在线监测系统的制作方法

本发明属于电力设备检测领域，涉及一种采用ntc测温电路的开关柜温度在线监测系统。

背景技术：

当前，配电网中封闭式10kv高压开关柜因载流负荷过大引起设备发热，导致设备故障、影响供电可靠性等现象已严重影响着电网系统的正常运行，存在较大的安全隐患。因此在设备运行过程中要加强对其运行状态的检测，特别是运行温度的监控，从而确保其运行的安全性和稳定性。

为保证高压开关柜的正常运行，提高电力系统的可靠性，需要随时了解开关柜内部器件状态和温度变化情况，所以对开关柜薄弱处的温度在线监测具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种采用ntc测温电路的开关柜温度在线监测系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种采用ntc测温电路的开关柜温度在线监测系统，包括信号变送单元、数据采集传输单元以及处理和诊断单元，其中：

信号变送单元包括待监测设备和无线温度模块，无线温度模块直接安装在待监测设备的测温点，用于监测测温点的温度，并将测温点的温度信号通过无线传输发送至数据采集传输单元；

数据采集传输单元包括信号处理模块、数据采集模块和信号传输模块，其中：

信号处理模块用于对无线温度模块输送来的信号进行优化和降噪，保证信号的完整性和准确性；

数据采集模块用于接收信号处理模块处理后的信号，并进行模数转换后录入数据采集模块；

信号传输模块用于将录入数据采集模块的信号传输至处理和诊断单元；

处理和诊断单元包括数据处理模块和故障诊断模块，其中：

数据处理模块用于接收数据传输模块输送的信号，并对信号进行取读和分析，对敏感数据进行排查，从数据变化及时发现故障；

故障诊断模块用于调取以往数据的信号，并与数据处理模块输送来的信号进行核对，发现数据差异，找到故障部位，生成相应的故障维修信号并输出。

本发明进一步的改进在于：

无线温度模块和数据采集传输单元之间通过频段433mhz进行无线通讯；所述数据采集传输单元采用rs485总线通信接口，采用标准modbus通信规约；所述无线温度模块是微型的嵌入式系统。

无线温度模块包括ntc测温电路、第一电源、处理器模块和无线通信模块，其中：

ntc测温电路用于测量测量点的温度，并将测量数据传输至处理器模块；

第一电源采用3.3v锂电池或ct感应取电电源，用于给处理器模块供电；

处理器模块用于处理ntc测温电路送至的测量数据，并进行模数转换；

无线通信模块用于通过无线传输将处理器模块处理后的温度数据发送给数据采集传输单元。

无线通信模块在复位后能够接收处理器模块下发的配置命令，配置完成后定时给数据采集传输单元发送处理器模块处理后的温度数据。

处理器模块采用低功耗单片机stm8l051f3p6，并使用最低功耗的运行模式；无线通信模块使用as10-smd模块，内含si4463射频芯片，并采用低功耗模式。

ntc测温电路包括测温半桥电路、mos场效应晶体管、mos场效应晶体管的栅极和源极之间的电阻以及第一电容；mos场效应晶体管源极连接处理器模块，漏极连接半桥电路；第一电容一端连接mos场效应晶体管栅极，另一端接地。

mos场效应晶体管为低功耗的p沟道mos场效应晶体管dts2301。

电阻的电阻值为100kω，所述第一电容为104电容。

测温半桥电路包括第二电源、电阻器、第二电容和负温度系数热敏电阻；电阻器输入端连接第二电源，输出端连接第二电容一端，第二电容另一端接地；负温度系数热敏电阻与第二电容并联。

第二电源为3.3v锂电池或ct感应取电电源，所述第二电容为104电容。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对目前开关柜在线测温系统的供电难题和智能分析不足的情况，通过信号变送单元、数据采集传输单元以及处理和诊断单元，实现了对开关柜内部器件进行状态在线监测。信号变送单元包括无线温度模块，无线温度模块直接安装在测温点，能快速有效地反应电气节点的温度变化，提高检测的及时性和准确性；无线温度模块和数据采集传输单元之间通过免费频段433mhz进行无线通讯，避免了有线连接的布线和安全隐患，从根本上解决了高低压隔离的问题。通过信号处理模块对信号进行一定的优化，降噪等等，从而保证信号的完整性和准确性。通过数据处理系统对接收到的信息进行取读和分析，对敏感数据进行排查，从而能够从数据变化及时发现故障，做到实时检测。通过故障诊断系统调取以往数据的信息，并与现有数据的情况进行核对，发现数据差异，找到故障部位，在故障诊断完成后，生成相应的维修信号输出，安排工作人员进行相应的故障维修行动，解决故障隐患，确保电网系统运行的安全性和稳定性。

进一步的，无线温度模块是微型的嵌入式系统，采用超低功耗单片机和低功耗射频芯片，保证系统能在高压环境下长期运行。

进一步的，ntc测温电路采用低功耗设计，进行了最简单的硬件设计来达到测温目的。利用低功耗的p沟道mos场效应晶体管dts2301作为测温电路的电源开关，控制电源通断。当在不需要采样的时候，利用处理器输出控制场效应管，使之关闭测温电路电源，达到减小无线温度模块整体功耗的目的。通过104电容进行退耦和滤波，提高监测系统的准确性；在mos场效应晶体管的栅极和源极之间设置电阻值较大的电阻，为场效应管提供偏置电压，还可以作为泻放电阻，起到保护栅极和源极的作用；同时也减少了ntc测温电路的功耗。

附图说明

图1为本发明的在线检测系统流程框图；

图2为本发明的无线温度模块原理框图；

图3为本发明的ntc测温电路低功耗设计电路图；

图4为本发明的ntc作为测量元件的测温半桥电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明采用ntc测温电路的开关柜温度在线监测系统，采用单片机技术，利用无线通讯和网络通讯设计的基于物联网的高压开关柜在线测温系统，包括信号变送单元、数据采集传输单元以及处理和诊断单元；其中：

信号变送单元包括无线温度模块，无线温度模块直接安装在待监测设备的测温点，用于监测测温点的温度，并将测温点的温度信号通过无线传输发送至数据采集传输单元；

数据采集传输单元包括信号处理模块、数据采集模块和信号传输模块；其中：

信号处理模块是作为一个衔接系统存在的，主要的工作内容是对信号进行一定的优化，降噪等等，从而保证信号的完整性和准确性。

数据采集模块的主要作用是接收输送来的各种信号，并且进一步进行a/d转换后录入系统。

信号传输模块，对于非移动监测系统，要搭载一个信号传输装置，能够进行信号的输送，而对于移动式的监测系统则只需要加强信号隔离即可。

处理和诊断单元包括数据处理模块和故障诊断模块，其中：

数据处理模块的主要作用是对接收到的信息进行取读和分析，对敏感数据进行排查，从而能够从数据变化及时发现故障。

故障诊断模块调取以往数据的信息，与现有数据的情况进行核对，发展数据差异，找到故障部位。同时还要在故障诊断完成后，进行相应的故障维修行动，解决故障隐患。

参见图2，本发明无线温度模块原理图，无线温度模块是微型的嵌入式系统，它的硬件设计由ntc测温电路、电源、处理器模块和无线通信接口三部分组成；其中：

ntc测温电路负责测量电气节点温度的变化；

电源采用3.3v锂电池或ct感应取电电源用于给处理器模块供电；

处理器模块用于处理ntc测温电路送至的测量数据，并进行模数转换；

无线通信接口主要负责通过无线传输将测点的温度数据发送给无线温度采集器；无线通信接口在复位后可接收主节点下发的配置命令，配置完成后定时发送采集的温度数据。

ntc测温电路使用负温度系数热敏电阻组成的半桥电路进行测温。

无线温度模块中的mcu(处理器模块)采用低功耗单片机stm8l051f3p6，并使用最低功耗的运行模式。

无线通信模块使用as10-smd模块，内含siliconlabs的si4463射频芯片，并采用低功耗模式，保证系统能在高压环境下长期运行。

参见图3，本发明ntc测温电路，采用低功耗设计，对ntc测温电路进行了最简单的硬件设计来达到测温目的，包括测温半桥电路、mos场效应晶体管、mos场效应晶体管的栅极和源极之间的电阻以及第一电容；mos场效应晶体管源极连接处理器模块，漏极连接半桥电路；第一电容连接mos场效应晶体管栅极。

选择由负温度系数热敏电阻作为测量元件的半桥电路来作为测温半桥电路。

利用低功耗的p沟道mos场效应晶体管dts2301作为测温电路的电源开关，控制电源通断。

当在不需要采样的时候，利用处理器模块输出控制场效应管，使之关闭测温电路电源，达到减小无线温度模块整体功耗的目的。

104电容的作用是退耦和滤波。

p沟道mos场效应晶体管的栅极和源极之间的电阻为p沟道mos场效应管提供偏置电压，还可以作为泻放电阻，起到保护栅极和源极的作用，为了减小其功耗，选用了电阻值比较大的电阻(电阻值为100kω)。

参见图4，本发明ntc作为测量元件的半桥电路，电路由3.3v锂电池或者ct感应取电电源供电，包括电源、电阻器、第二电容和负温度系数热敏电阻；电阻器输入端连接电源，输出端连接第二电容，负温度系数热敏电阻与第二电容并联。

rx电阻器和负温度系数热敏电阻rt构成测温电路。

104电容作为退耦电容。

在无线温度模块实际工作中，负温度系数热敏电阻ntc感知测点的温度变化，这种温度变化将导致其自身电阻的变化，进而引起电压v0的变化。变化的v0值通过无线温度模块中的处理器模块(mcu)的模数转换和处理，将信息传送给无线采集器和计算机。测温范围为-40℃～150℃，测量精度为±1℃。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。