新型电力设备温度和电流在线监测装置制造方法
【专利摘要】新型电力设备温度和电流在线监测装置，包括电流互感测量模块、温度传感模块、感应取电模块、电源处理模块、控制模块、电流换算模块及通信模块，电源处理模块的电压转换电路将交流电传输给法拉电容充电电路；法拉电容充电电路将输入的电压传输至法拉电容进行充电；控制模块供电检测电路连接于法拉电容的两端、从法拉电容输入电压，并根据激活信号向控制模块和温度传感模块输出电压；法拉电容充电检测电路一端连接于电压转换电路的电压输出端、一端接地，法拉电容充电检测电路将法拉电容的充电电压与基准电压进行比较后，向控制模块供电检测电路输出激活信号以及向通信模块输出运行信号。本实用新型可对电力设备的热缺陷进行实时监测及报警。
【专利说明】新型电力设备温度和电流在线监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力系统监测设备【技术领域】，特别涉及一种用于监测电力设备的温度及电流的在线监测装置。
【背景技术】
[0002]电力工业是国民经济发展的基础，和人民生活息息相关。电力系统高压设备在长期运行过程中常出现表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、触点和母线排连接处老化等问题。由于存在高电压、强电磁干扰，长期以来还没有有效的方法实现对电网设备的安全监测，从而导致事故频繁发生，造成设备损坏，危及人身安全，直接影响了人民生活和经济建设的发展。
[0003]东北某发电厂1998年6月28日，因一台机的循环水电缆中间头过热引燃该电缆沟里的全部电缆，造成全厂七台机(装机客量103万千瓦)被迫停机、全厂停电的恶性事故。
[0004]2003年8月14日，粤北某发电厂8号机组A段开关柜发生严重爆炸事故，原因是开关柜与电缆连接头由于长期运行而导致过热，造成8号机组被迫停机。
[0005]2004年9月21日，福州某发电厂# 2循环水电缆中间头过热，烧损该沟内所有电缆，造成被迫停机事故。
[0006]华东某电力公司2004年7月6日，因高压柜触头过热放炮，引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故，造成不良的负面影响。
[0007]2005年9月11日山西某发电厂因开关柜触头过热，发生爆炸事故，火灾烧损设备及抢修费用超过千万元。
[0008]2006年8月27因过热故障，华中某市30分钟电压剧烈波动，直接经济损失1.6亿，间接损失3.5亿。
[0009]以上的惨痛事故不仅会影响企业本身的经济效益，而且也给国家财产和职工的生命安全造成巨大损失。根据对火灾事故调查研究表明，大多数的火灾事故都是由于电流过大、温度过高引起的，因此需要对高压电力设备进行实时监测及报警，以便及时采取预防措施，避免火灾及停电事故发生。
[0010]目前高压电力设备的监测主要有人工巡检和在线监测两种方式:
[0011]人工巡检是目前电力系统中普遍使用的模式，电力设备的监控由巡检人员进行，人工巡检包括观察贴示温腊片、红外巡检和热成像仪巡检。由于腊片容易自落且部分接头不易观察，容易存在时域、空域的盲点，而红外巡检和热成像仪巡检不能监测到设备内部触头温度，是非常被动的管理模式，很难预防和实现控制接头发热问题，而且热成像仪价格昂贵，不易普及。
[0012]在线监测是目前广泛推广使用的监测方法，与人工巡检方式相比，在线监测可以实时在线监测电力设备触头温度。在线监测可通过光纤或无线传感器进行监测。
[0013]光纤方式包括光纤光栅和分布式光纤模式，是利用光的特性实现监测温度的目的，实时性强。但长期使用过程中，光纤上容易布满灰尘，冬天容易凝露，有爬电危险，存在安全隐患。
[0014]无线传感器利用无线通讯技术传输温度信号。目前的无线传感器多是使用耐高温电池提供电力，电池理论存储寿命一般为5年，在高温下其消耗速度更快，在实际使用中其寿命一般不超过3年，而电池设计使用寿命为3年以上的无线传感器，其发送数据周期不能低于30分钟，发送数据间隔过长，大大降低了监测的实时性，且高温环境下电池有爆炸危险。
[0015]为了解决传感器的电源问题，专利号为201120192787.8的中国实用新型专利公开了一种感应取电装置，用于架空高压输电线路在线监测设备的电源供给。该装置包括取电铁芯及其线圈、电流测量铁芯及其线圈、触发电路、整波滤波电路、分压电路、全波整流电路和控制模块。当高压输电线中通过电流时，通过电磁感应作用，取电线圈和电流测量线圈中分别产生感应交变电流，触发电路将感应交变电流转换为感应交变电压，整流滤波电路将感应交变电压转换为直流电压，并进一步转换成直流供电电压后输出，作为电子设备的工作电压。分压电路将直流电压分压后输出为电压输入信号，传递给控制模块，全波整流电路同时将电流测量铁芯的感应交变电流转换为电流输入信号，传输至控制模块。该感应取电装置从高压设备上感应取电，为监测设备提供工作电压，避免了采用电池作为电源，需要定期更换电池的情况，降低了维护成本。但是该技术方案的控制模块持续工作，易发热，从而影响设备的稳定性。
实用新型内容
[0016]本实用新型的目的是提供一种可以减少发热、提高设备工作稳定性的在线监测电力设备的电流和温度的监测装置，可以对电力设备的热缺陷进行有效的实时监测及报警。
[0017]为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案:
[0018]新型电力设备温度和电流在线监测装置，包括置于屏蔽外壳内的电流互感测量模块、温度传感模块、感应取电模块、电源处理模块、控制模块、电流换算模块及通信模块，所述电流互感测量模块与所述电流换算模块连接，所述感应取电模块和所述电源处理模块连接，所述感应取电模块为其它各模块供电，所述温度传感模块、电流换算模块将信号传递给所述控制模块和所述通信模块；所述电源处理模块包括电压转换电路、法拉电容充电电路、控制模块供电检测电路和法拉电容充电检测电路，所述电压转换电路将来自所述感应取电模块的交流电整流滤波后，进行降压传输给所述法拉电容充电电路；所述法拉电容充电电路对所述电压转换电路转换的电压进行滤波降压后传输至法拉电容进行充电；所述控制模块供电检测电路连接于所述法拉电容的两端，所示控制模块供电检测电路从所述法拉电容输入电压，并根据激活信号向所述控制模块和所述温度传感模块输出电压；所述法拉电容充电检测电路一端连接于所述电压转换电路的电压输出端、一端接地，所述法拉电容充电检测电路将法拉电容的充电电压与基准电压进行比较后，向所述控制模块供电检测电路输出激活信号以及向所述通信模块输出运行信号。
[0019]优选的，所述电压转换电路的交变电压输入端接收所述感应取电模块输入的交变电压，交变电压输入端的两极分别和桥式整流电路的两个输入端连接，桥式整流电路的一个输出端接地，另一个输出端和并联的第一滤波电容及第二滤波电容连接后接地，同时该输出端与电源管理芯片的8脚相连；电源管理芯片的I脚为电压输出脚，I脚接储能电感线圈后固定输出直流电压；电源管理芯片的2脚接第一电容后与电源管理芯片的I脚连接，然后与反向电压保护二极管的负极连接，反向电压二极管的正极接地；电源管理芯片的3脚接第一电阻后与电源管理芯片的4脚连接，然后接地；电源管理芯片的5脚与第二电阻相连，同时5脚还与第三电阻相连，第二电阻的另一端接储能电感线圈的输出端，第三电阻的另一端接地，第二电阻和第三电阻组成电压取样电路；电源管理芯片的6脚接第四电阻后与电源管理芯片的8脚连接；电源管理芯片的7脚接第二电容后接地。
[0020]优选的，所述电压转换电路还包括由第一高频旁路电容和第二高频旁路电容组成的高频旁路，所述第一高频旁路电容的正极接第五电阻后与储能电感线圈的输出端连接、负极接地；所述第二高频旁路电容的一端接储能电感线圈的输出端连接、另一端接地。
[0021]优选的，在所述第五电阻输入端和第二高频旁路电容之间接有测试电阻。
[0022]优选的，所述法拉电容充电电路与电压转换电路的电压输出端相连，所述法拉电容充电电路包括第三滤波电容、电源芯片、分压电路、第一直流滤波电容和法拉电容，所述电压转换电路的电压输出端和电源芯片的3脚相连，电源芯片的3脚接第三滤波电容后接地，所述分压电路由第六电阻和第七电阻组成，电源芯片的2脚经第六电阻后与电源芯片的I脚相连，然后经第七电阻后接地，同时，电源芯片的2脚与第一直流滤波电容相连，第一直流滤波电容的另一端接地；法拉电容和第一直流滤波电容并联。
[0023]优选的，所述控制模块供电检测电路包括控制芯片和第二直流滤波电容，所述法拉电容的正极接控制芯片的I脚，控制芯片的2脚接地，控制芯片的3脚为激活信号连接脚，控制芯片的4脚为空脚，控制芯片的5脚为电压输出脚，5脚接第二直流滤波电容后接地。
[0024]优选的，所述法拉电容充电检测电路包括电压比较器、滤波电路、稳压电路、分压电路、4.0V电压检测电路以及4.5V电压检测电路；所述电压比较器的3脚为电压输入脚，与电压转换电路的电压输出端相连，电压比较器的12脚接地，由第四滤波电容和第五滤波电容并联组成的滤波电路连接于电压比较器的3脚和12脚之间；电压比较器的3脚分别与第八电阻以及稳压二极管的负极相连，第八电阻的另一端接电压转换电路的电压输出端，稳压二极管的正极接地，第八电阻和稳压二极管组成稳压电路，稳压二极管阴极电压固定为5.6V;所述稳压二极管的负极和第九电阻连接后同时与电压比较器的6脚、4脚及第十电阻连接，第十电阻另一端接地，所述第九电阻和第十电阻组成分压电路，分别给电压比较器的6脚和4脚提供设定的基准参考电压；所述法拉电容4.0V电压检测电路由第十一电阻、第十二电阻以及电压比较器的6、7、1脚组成，电压比较器的7脚接第十一电阻后与法拉电容正极连接，同时7脚接第十二电阻后接地，电压比较器的I脚接第十三电阻后与控制模块供电检测电路连接，向控制模块供电检测电路输出激活信号；所述法拉电容4.5V电压检测电路由第十四电阻、第十五电阻以及电压比较器的4、5、2脚组成，电压比较器的5脚接第十四电阻后与法拉电容正极连接，同时5脚接第十五电阻后接地，电压比较器的2脚接第十六电阻后和通信模块连接，向通信模块输出运行信号。
[0025]优选的，所述法拉电容4.0V电压检测电路和法拉电容4.5V电压检测电路中设置有第十七电阻和第十八电阻，所述第十七电阻的一端连接于电压比较器的I脚和第十三电阻之间、另一端接稳压二极管的负极；所述第十八电阻的一端连接于电压比较器的2脚和第十六电阻之间、另一端接稳压二极管的负极。[0026]优选的，所述电流互感测量模块包括U形磁芯、条形磁芯、感应线圈及信号线，所述条形磁芯与U形磁芯相连、位于U形磁芯的U形臂之间，U形磁芯和条形磁芯形成矩形的闭环形状，且条形磁芯的两端与U形磁芯相对的侧部之间具有间隙。
[0027]优选的，所述感应取电模块包括U形磁芯、条形磁芯、感应线圈及信号线，所述条形磁芯与所述U形磁芯、且位于U形磁芯的U形臂之间，所述U形磁芯和条形磁芯形成矩形的闭环形状。
[0028]优选的，所述U形磁芯和条形磁芯采用高导磁率的硅钢片叠置而成，所形成的U形磁芯和条形磁芯的横截面为矩形。
[0029]由以上技术方案可知，本实用新型的在线监测装置采用感应供电，无线传输，解决了高压强磁环境下电力设备在线监测高低压隔离的难题，自身不存在安全隐患，而且电源处理模块中设置控制模块供电检测电路和法拉电容充电检测电路，通过检测当法拉电容两端的电压，根据电压变化触发后面的功能电路工作状态，可以避免一次电流偏小，感应电能不足，功能电路不断消耗电能，电能进少出多而使整个装备不能启动的情况发生，提高设备的稳定性，可以有效地防止超设计负荷运行而引起的大范围烧毁电力设备及停电事故。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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。
[0031]图1为本实用新型实施例的结构框图；
[0032]图2为本实用新型实施例的电流互感测量模块的结构示意图；
[0033]图3为本实用新型实施例电压转换电路的电路原理图；
[0034]图4为本实用新型实施例法拉电容充电电路的电路原理图；
[0035]图5为本实用新型实施例控制模块供电检测电路的电路原理图；
[0036]图6为本实用新型实施例法拉电容充电检测电路的电路原理图；
[0037]图7为本实用新型实施例控制模块的电路图；
[0038]图8为本实用新型实施例通信模块的电路图；
[0039]图9为本实用新型实施例温度传感模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0041]参照图1，本实用新型的在线监测装置包括设置于屏蔽外壳内的电流互感测量模块1、温度传感模块2、感应取电模块3、电源处理模块4、控制模块5、电流换算模块6及通信模块7，感应取电模块3为其它各模块供电，温度传感模块2的温度传感器露出于屏蔽外壳。[0042]电流互感测量模块I与电流换算模块6连接，电流互感测量模块I通过不饱和互感的方式，利用电磁感应原理从一次设备上感应电流，从而采集电力设备的电流信号，电流换算模块6将电流信号传递给控制模块5，由控制模块5进行分析、存储。如图2所示，本实用新型的电流互感测量模块I包括U形磁芯1-1、条形磁芯1-2、感应线圈1-3及信号线1-4。条形磁芯1-2通过如绝缘胶带的连接件与U形磁芯1-1相连,条形磁芯1-2位于U形磁芯1-1的U形臂之间，U形磁芯1-1和条形磁芯1-2形成矩形的闭环形状。电流互感测量模块I中的条形磁芯1-2的两端与U形磁芯1-1相对的侧部之间具有间隙a，从而可使电流互感测量模块I处于不饱和状态。感应线圈1-3绕设于条形磁芯1-2外围，感应线圈1-3通过信号线1-4与电流换算模块6相连，将感应到的交流电信号传输至电流换算模块6。
[0043]作为一个优选的技术方案,本实施例的U形磁芯1-1和条形磁芯1-2米用高导磁率的硅钢片叠置而成，所形成的U形磁芯1-1和条形磁芯1-2的横截面为矩形。采用硅钢片置加制成磁芯，可以提闻电磁互感效率，减少润旋电流引起的发热。本实施例的电流换算模块6采用的是型号为ATT7051A/53A的电流换算芯片，该芯片是带SPI的单相多功能计量芯片，工作范围为3.0v?3.6v,晶振为5.5296MHz。本实用新型组成磁芯的硅钢片的厚度、叠加片数以及感应线圈的匝数和线径，本领域技术人员可根据一次设备通过电流的大小进行不同的选择，从而保证电流测量的线性度和精确度的要求。如通常一次带电设备通过的电流范围是50?5000A，遵循最大一次电流乘以32%为饱和点原则选择合适的磁芯截面积，以一次电流最大为1500A为例，则饱和点设在500A，磁芯的截面积可设为5x10mm，感应线圈的匝数可根据线径的大小进行调整变化。
[0044]感应取电模块3和电源处理模块4电连接，感应电源模块4通过电磁感应作用从一次设备上感应产生交变电流，输入至电源处理模块4。本实用新型的感应取电模块3的结构与电流互感测量模块I的结构大致相同，同样包括U形磁芯、条形磁芯、感应线圈及信号线，不同的地方在于，感应取电模块3的条形磁芯的两端面与U形磁芯端部间不具有间隙，当一次电流范围为100?1500A，感应取电模块3的磁芯截面积可设为5x3mm。
[0045]本实用新型的电源处理模块4包括电压转换电路、法拉电容充电电路、控制模块供电检测电路和法拉电容充电检测电路。电源处理模块4处理来自感应取电模块3的交流电，降压后把电能存储起来，通过满足电压条件开/关电源，经稳压后给其它各功能电路模块提供直流电源。
[0046]参照图3，图3为电压转换电路的电路原理图。感应取电模块3感应产生的交流电从电压转换电路的交变电压输入端DYl输入，交变电压输入端DYl的两极分别和桥式整流电路的两个输入端连接，将交流电压传递至桥式整流电路进行整流，变成直流电压。本实用新型的桥式整流电路为现有技术中常规的桥式整流电路，其由D2、D3、D4和D5四个二极管组成，桥式整流电路的一个输出端接地，另一个输出端和并联的第一滤波电容C20及第二滤波电容C19连接后接地，同时该输出端与电源管理芯片U2 (LM5007)的8脚相连，直流电压通过滤波电容滤除交流纹波后输送至电源管理芯片U2进行电压变化。电源管理芯片U2的I脚为电压输出脚，I脚接储能电感线圈LI后固定输出IOV的直流电压。电源管理芯片U2的2脚接第一电容C18后与电源管理芯片U2的I脚连接，然后与反向电压保护二极管D6的负极连接，反向电压二极管D6的正极接地。电源管理芯片U2的3脚接第一电阻R23后与电源管理芯片U2的4脚连接，然后接地。电源管理芯片U2的5脚与第二电阻R24相连，同时5脚还与第三电阻R27相连，第二电阻R24的另一端接储能电感线圈LI的输出端，第三电阻R27的另一端接地，第二电阻R24和第三电阻R27组成电压取样电路。电源管理芯片U2的6脚接第四电阻R21后与电源管理芯片U2的8脚连接，电源管理芯片U2的7脚接第二电容C17后接地。
[0047]作为优选的技术方案，本实用新型的电压转换电路还包括由第一高频旁路电容C22和第二高频旁路电容C23组成的高频旁路，用于过滤高频信号。第一高频旁路电容C22的正极接第五电阻R25后与储能电感线圈LI的输出端连接、负极接地，第二高频旁路电容C23的一端接储能电感线圈LI的输出端连接、另一端接地。更进一步的方案，在第五电阻R25输入端和第二高频旁路电容C23之间接有测试电阻R22，当用万用表测量R2两端的电压是恒定的10.5V时，说明整个电压转换电路工作正常。当连接有测试电阻时，电源管理芯片U2的I脚经储能电感线圈LI和测试电阻R22后输出电压。
[0048]参照图4，图4为法拉电容充电电路的电路原理图。法拉电容充电电路与电压转换电路的电压输出端(储能电感线圈LI的输出端)相连，本实施例中为测试电阻R22的输出端。法拉电容充电电路包括第三滤波电容C24、电源芯片U3 (LM317)、分压电路、第一直流滤波电容C25和法拉电容BT1。电压转换电路的电压输出端和电源芯片U3的3脚相连，向电源芯片U3输入电压，电源芯片U3的3脚接第三滤波电容C24后接地。分压电路由第六电阻R26和第七电阻R28组成，电源芯片U3的2脚经第六电阻R26后与电源芯片U3的I脚相连，然后经第七电阻R28后接地，同时，电源芯片U3的2脚还与第一直流滤波电容C25相连，第一直流滤波电容C25的另一端接地。法拉电容BTl和第一直流滤波电容C25并联。
[0049]电压转换电路转换的IOV电压经过第三滤波电容C24滤波后传送至电源芯片U3的3脚，电源芯片U3的2脚是电压输出脚，其输出电压由分压电路决定，本实用新型设定电源芯片U3的2脚恒定输出5.5V的直流电压，给法拉电容BTl充电。
[0050]参照图5，图5为控制模块供电检测电路的电路原理图。控制模块供电检测电路包括控制芯片NCPl (NCP603)和第二直流滤波电容C21。法拉电容BTl的正极接控制芯片NCPl的I脚。控制芯片NCPl的2脚接地，控制芯片NCPl的3脚为激活信号连接脚，控制芯片NCPl的4脚为空脚，控制芯片NCPl的5脚为电压输出脚，同时控制芯片NCPl的5脚接第二直流滤波电容C21后接地。控制模块供电检测电路中的控制芯片NCPl具有电压比较器开关的作用，当控制芯片NCPl的3脚VRST信号是高电平时，控制芯片NCPl的5脚输出
3.3V直流电压，当控制芯片NCPl的3脚VRST信号是低电平时，控制芯片NCPl的5脚输出OV直流电压。
[0051]参照图6，图6为法拉电容充电检测电路的电路原理图。法拉电容充电检测电路包括电压比较器Ul (LM339)、滤波电路、稳压电路、分压电路、4.0V电压检测电路以及4.5V电压检测电路。
[0052]电压比较器Ul的3脚为电压输入脚，电压转换电路的电压输出端和电压比较器Ul的3脚相连，向电压比较器Ul输入电压，电压比较器Ul的12脚接地，由第四滤波电容C15和第五滤波电容C16并联组成的滤波电路连接于电压比较器Ul的3脚和12脚之间。电压比较器Ul的3脚分别与第八电阻RlO以及稳压二极管Dl的负极相连，第八电阻RlO的另一端接电压转换电路的电压输出端，稳压二极管Dl的正极接地。第八电阻RlO和稳压二极管Dl组成稳压电路，稳压二极管Dl阴极电压固定为5.6V。稳压二极管Dl的负极和第九电阻R14连接后同时与电压比较器Ul的6脚、4脚及第十电阻R18连接，第十电阻R18另一端接地。第九电阻R14和第十电阻R18组成分压电路，分别给电压比较器Ul的6脚和4脚提供设定的基准参考电压。
[0053]法拉电容4.0V电压检测电路由第十一电阻R12、第十二电阻R20以及电压比较器Ul的6、7、1脚组成，电压比较器Ul的7脚接第十一电阻R12后与法拉电容BTl正极连接，同时7脚接第十二电阻R20后接地，电压比较器Ul的I脚接第十三电阻R15后与控制模块供电检测电路中控制芯片NCPl的3脚连接。当法拉电容BTl两端电压低于4.5V时，第十一电阻R12和第十二电阻R20组成的取样电路送给电压比较器Ul的7脚的电压低于6脚的基准电压，电压比较器UI经过内部电路运算后，由电压比较器UI的I脚输出低电平(OV )，当VRST信号是低电平时，控制模块检测电路的控制芯片NCPl的5脚输出OV直流电压；反之，当法拉电容BTl两端电压高于4.5V时，电压比较器Ul的7脚的电压高于6脚的基准电压，电压比较器Ul的I脚输出高电平(5V)，VRST信号是高电平时，控制模块检测电路的控制芯片NCPl的5脚输出3.3V直流电压。
[0054]法拉电容4.5V电压检测电路由第十四电阻R11、第十五电阻R19以及电压比较器Ul的4、5、2脚组成。电压比较器Ul的5脚接第十四电阻Rll后与法拉电容BTl正极连接，同时5脚接第十五电阻R19后接地，电压比较器Ul的2脚接第十六电阻R17后和通信模块的3脚连接。当法拉电容BTl两端电压低于4.0V时，第十三Rll和第十四R19组成的取样电路送给电压比较器Ul的5脚的电压低于4脚的基准电压，电压比较器Ul经过内部电路运算后，由电压比较器Ul的2脚输出低电平(OV)，当run信号是低电平时，通信模块7不工作；反之，当法拉电容BTl两端电压高于4.0V时，电压比较器Ul的5脚的电压高于4脚的基准电压，电压比较器Ul的2脚输出高电平(5V)，当run信号是高电平时，通信模块7开始工作。
[0055]作为优选的技术方案，法拉电容4.0V电压检测电路和法拉电容4.5V电压检测电路中还设置有作为上拉电阻的第十七电阻R13和第十八电阻R16，第十七电阻R13的一端连接于电压比较器Ul的I脚和第 十三电阻R15之间、另一端接稳压二极管Dl的负极。第十八电阻R16的一端连接于电压比较器Ul的2脚和第十六电阻R17之间、另一端接稳压二极管Dl的负极。上拉电阻的目的是提高电压比较器的带负载电流，起辅助作用。
[0056]通过设置4.0V和4.5V电压检测电路，当法拉电容BTl充电电压达到4.0v, 4.0V检测电路向控制模块供电检测电路输出信号，给控制模块5输出一个3.3v电压，控制模块5开始工作；当法拉电容BTl充电电压到4.5v时，4.5V检测电路向通信模块输出信号，给通信模块输出电压，通信模块向外发射信号；当法拉电容BTl放电后，重复上一个周期的动作，达到节约电量，电路周期性工作，提高设备的稳定性。
[0057]参照图7，图7为本实用新型控制模块的电路图。本实用新型控制模块5为常规的微处理器芯片(ATT1)，控制模块5的I脚和控制模块供电检测电路中控制芯片NCPl的5脚相连，当控制芯片NCPl的5脚输出3.3V直流电压时，控制模块5得到正常供电，开始工作，当控制芯片NCPl的5脚输出OV直流电压时，控制模块5供电消失，停止工作。这样设计可以让控制模块5间歇工作，减少工作时间，减少发热，提高设备的稳定性。
[0058]参照图8，图8为通信模块的电路图。本实用新型的通信模块7为常规的无线通信芯片。优选采用TT2530通信芯片，该芯片基于德州仪器IEEE802.15.4与Z-Stack技术，采用ZigBee兼容解决方案，具有低功耗、高集成、长距离的特性。通信模块7的3脚接收法拉电容充电检测电路中电压比较器Ul的2脚输出的运行信号，通信模块7的8-13脚和控制模块5的18-23脚对应相连。通信模块7和控制模块5实时交换数据，由控制模块5对数据进行分析、存储。
[0059]参照图9，图9为温度传感模块2的电路原理图。图10为常规的温度检测电路，温度传感器DSl的I脚接地。温度传感器DSl的2脚和通信模块7的2脚连接，将检测到的环境温度经通信模块7传送至控制模块5进行分析存储，同时温度传感器DSl的2脚通过第十八电阻R9和温度传感器DSl的3脚相连，然后经第三电容C12接地。温度传感器DSl的3脚和控制模块供电检测电路中控制芯片NCPl的5脚连接。
[0060]本实用新型的电力设备的温度和电流在线监测装置通过感应取电模块从一次设备上得到电源，由温度传感器采集温度，不饱和电流互感测量模块采集电流，通过无线通信模块上传温度和电流数据，解决了高压强磁环境下电力设备在线监测设备供电和高低压安全隔离的难题，可以对电力设备的热缺陷进行有效的实时监测及报警。而且本实用新型的存电器件选用法拉电容，比电池耐用。
[0061]同时本实用新型的电源处理模块中设置控制模块供电检测电路和法拉电容充电检测电路，通过检测当法拉电容两端的电压，根据电压变化触发后面的功能电路工作状态，可以避免一次电流偏小，感应电能不足，功能电路不断消耗电能，电能进少出多而使整个装备不能启动的情况发生。
[0062]本实用新型的在线监测装置尤其适用于以下场合:进行动态增容、过载特性试验及大负荷区段的带电导线；容易产生热缺陷的带电导线接续部位，如开关触头，耐张线夹、接续管、引流板等处；重冰区进行交直流融冰的导地线；其他有在线测温需求的普通和特种导线、金具。
[0063]对所公开的实施例的上述说明，是本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对前述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本实用新型中所定义的一般原理可以再不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于前述实施例，而是要符合与本实用新型所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.新型电力设备温度和电流在线监测装置，包括置于屏蔽外壳内的电流互感测量模块(1 )、温度传感模块(2 )、感应取电模块(3 )、电源处理模块(4 )、控制模块(5 )、电流换算模块(6 )及通信模块(7 )，所述电流互感测量模块(1)与所述电流换算模块(6 )连接，所述感应取电模块(3 )和所述电源处理模块(4 )连接，所述感应取电模块(3 )为其它各模块供电，所述温度传感模块(2)、电流换算模块(6)将信号传递给所述控制模块(5)和所述通信模块(7); 其特征在于， 所述电源处理模块(4 )包括电压转换电路、法拉电容充电电路、控制模块供电检测电路和法拉电容充电检测电路，所述电压转换电路将来自所述感应取电模块的交流电整流滤波后，进行降压传输给所述法拉电容充电电路； 所述法拉电容充电电路对所述电压转换电路转换的电压进行滤波降压后传输至法拉电容进行充电； 所述控制模块供电检测电路连接于所述法拉电容的两端，所述控制模块供电检测电路从所述法拉电容输入电压，并根据激活信号向所述控制模块(5)和所述温度传感模块(2)输出电压； 所述法拉电容充电检测电路一端连接于所述电压转换电路的电压输出端、一端接地，所述法拉电容充电检测电路将法拉电容的充电电压与基准电压进行比较后，向所述控制模块供电检测电路输出激活信号以及向所述通信模块(7)输出运行信号。
2.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述电压转换电路的交变电压输入端(DYl)接收所述感应取电模块输入的交变电压，交变电压输入端(DYl)的两极分别和桥式整流电路的两个输入端连接，桥式整流电路的一个输出端接地，另一个输出端和并联的第一滤波电容(C20)及第二滤波电容(C19)连接后接地，同时该输出端与电源管理芯片(U2)的8脚相连；电源管理芯片(U2)的I脚为电压输出脚，I脚接储能电感线圈(LI)后固定输出直流电压；电源管理芯片(U2)的2脚接第一电容(C18)后与电源管理芯片(U2)的I脚连接，然后与反向电压保护二极管(D6)的负极连接，反向电压二极管(D6)的正极接地；电源管理芯片(U2)的3脚接第一电阻(R23)后与电源管理芯片(U2)的4脚连接，然后接地；电源管理芯片(U2)的5脚与第二电阻(R24)相连，同时5脚还与第三电阻(R27)相连，第二电阻(R24)的另一端接储能电感线圈(LI)的输出端，第三电阻(R27)的另一端接地，第二电阻(R24)和第三电阻(R27)组成电压取样电路；电源管理芯片(U2)的6脚接第四电阻(R21)后与电源管理芯片(U2)的8脚连接；电源管理芯片(U2)的7脚接第二电容(C17)后接地。
3.根据权利要求2所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述电压转换电路还包括由第一高频旁路电容(C22)和第二高频旁路电容(C23)组成的高频旁路，所述第一高频旁路电容(C22)的正极接第五电阻(R25)后与储能电感线圈(LI)的输出端连接、负极接地；所述第二高频旁路电容(C23)的一端接储能电感线圈(LI)的输出端连接、另一端接地。
4.根据权利要求3所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:在所述第五电阻(R25)输入端和第二高频旁路电容(C23)之间接有测试电阻(R22)。
5.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述法拉电容充电电路与电压转换电路的电压输出端相连，所述法拉电容充电电路包括第三滤波电容(C24)、电源芯片(U3)、分压电路、第一直流滤波电容(C25)和法拉电容(BT1)，所述电压转换电路的电压输出端和电源芯片(U3)的3脚相连，电源芯片(U3)的3脚接第三滤波电容(C24)后接地，所述分压电路由第六电阻(R26)和第七电阻(R28)组成，电源芯片(U3)的2脚经第六电阻(R26)后与电源芯片(U3)的I脚相连，然后经第七电阻(R28)后接地，同时，电源芯片(U3)的2脚与第一直流滤波电容(C25)相连，第一直流滤波电容(C25)的另一端接地；法拉电容(BTl)和第一直流滤波电容(C25)并联。
6.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述控制模块供电检测电路包括控制芯片(NCPl)和第二直流滤波电容(C21)，所述法拉电容(BTl)的正极接控制芯片(NCPl)的I脚，控制芯片(NCPl)的2脚接地，控制芯片(NCPI)的3脚为激活信号连接脚，控制芯片(NCPl)的4脚为空脚，控制芯片(NCPl)的5脚为电压输出脚，5脚接第二直流滤波电容(C21)后接地。
7.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述法拉电容充电检测电路包括电压比较器(U1)、滤波电路、稳压电路、分压电路、4.0V电压检测电路以及4.5V电压检测电路； 所述电压比较器(Ul)的3脚为电压输入脚，与电压转换电路的电压输出端相连，电压比较器(Ul)的12脚接地，由第四滤波电容(C15)和第五滤波电容(C16)并联组成的滤波电路连接于电压比较器(Ul)的3脚和12脚之间；电压比较器(Ul)的3脚分别与第八电阻(RlO)以及稳压二极管(Dl)的负极相连，第八电阻(RlO)的另一端接电压转换电路的电压输出端，稳压二极管(Dl)的正极接地，第八电阻(RlO)和稳压二极管(Dl)组成稳压电路，稳压二极管(Dl)阴极电压固定为5.6V ;所述稳压二极管(Dl)的负极和第九电阻(R14)连接后同时与电压比较器(Ul)的6脚、4脚及第十电阻(R18)连接，第十电阻(R18)另一端接地，所述第九电阻(R14)和第十电阻(R18)组成分压电路，分别给电压比较器(Ul)的6脚和4脚提供设定的基准参 考电压； 所述法拉电容4.0V电压检测电路由第十一电阻(R12)、第十二电阻(R20)以及电压比较器(Ul)的6、7、1脚组成，电压比较器(Ul)的7脚接第十一电阻(R12)后与法拉电容(BTl)正极连接，同时7脚接第十二电阻(R20)后接地，电压比较器(Ul)的I脚接第十三电阻(R15)后与控制模块供电检测电路连接，向控制模块供电检测电路输出激活信号； 所述法拉电容4.5V电压检测电路由第十四电阻(R11)、第十五电阻(R19)以及电压比较器(Ul)的4、5、2脚组成，电压比较器(Ul)的5脚接第十四电阻(Rll)后与法拉电容(BTl)正极连接，同时5脚接第十五电阻(R19)后接地，电压比较器(Ul)的2脚接第十六电阻(R17)后和通信模块连接，向通信模块输出运行信号。
8.根据权利要求7所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述法拉电容4.0V电压检测电路和法拉电容4.5V电压检测电路中设置有第十七电阻(R13)和第十八电阻(R16)，所述第十七电阻(R13)的一端连接于电压比较器(Ul)的I脚和第十三电阻(R15)之间、另一端接稳压二极管(Dl)的负极；所述第十八电阻(R16)的一端连接于电压比较器(Ul)的2脚和第十六电阻(R17)之间、另一端接稳压二极管(Dl)的负极。
9.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述电流互感测量模块(I)包括U形磁芯(1-1)、条形磁芯(1-2)、感应线圈(1-3)及信号线(1-4)，所述条形磁芯(1-2)与U形磁芯(1-1)相连、位于U形磁芯(1-1)的U形臂之间，U形磁芯(1-1)和条形磁芯(1-2 )形成矩形的闭环形状，且条形磁芯(1-2)的两端与U形磁芯(1-1)相对的侧部之间具有间隙。
10.根据权利要求1所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述感应取电模块包括U形磁芯、条形磁芯、感应线圈及信号线，所述条形磁芯与所述U形磁芯、且位于U形磁芯的U形臂之间，所述U形磁芯和条形磁芯形成矩形的闭环形状。
11.根据权利要求9或10所述的新型电力设备温度和电流在线监测装置，其特征在于:所述U形磁芯和条形磁芯采用高导磁率的硅钢片叠置而成，所形成的U形磁芯和条形磁芯的横截面为矩 形。
【文档编号】G08C17/02GK203534629SQ201320605363
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】敖彬仪, 闵青 申请人:珠海鼎日电子科技有限公司