專利名稱：一種高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種溫度測量裝置，具體為一種高壓帶電體溫度在線監(jiān) 測裝置。
背景技術(shù)：
電力設(shè)備在運行的過程中由于焦耳發(fā)熱和介質(zhì)損耗會導(dǎo)致局部溫度的 升高，由于長期熱積累而產(chǎn)生的局部溫度過高是造成電力設(shè)備發(fā)生故障的重 要原因。如電力設(shè)備中由于絕緣材料電阻率降低或內(nèi)部存在局部放電，都會 引起損耗的增加和溫度的升高，這將會導(dǎo)致絕緣材料的加速老化而造成設(shè)備 損壞，又如電力設(shè)備中存在大量的導(dǎo)體壓接連接和插接連接的部位，由于氧 化、松動等原因會造成這些部位接觸不良，接觸電阻增大，當(dāng)負(fù)荷電流通過 時會產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象，而溫度的升高使得氧化加劇，故而接觸電阻進(jìn)一步 增大，造成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作，甚至燒毀。根據(jù)國家規(guī)程，A級絕緣材料保證可靠運行的最高容許溫度為105°C，而金屬螺栓連接 接頭的長期最高工作溫度為8(rC 105。C (因材質(zhì)而異)。有此可見，溫度是 一個表征電力設(shè)備運行狀況的重要物理量，對其進(jìn)行測量具有重要的意義。 目前測溫方法主要有兩種非接觸式測溫和接觸式測溫。紅外測溫是一 種典型的非接觸式測溫，其明顯優(yōu)點是非接觸式測量，不存在電氣絕緣問題。 但是紅外測溫探頭必須正對被測物體的表面，且與被測物體保持一定的距離 才能得到較準(zhǔn)確的測量值，故這種方法存在測量盲點，不適用于封閉式的電 力設(shè)備內(nèi)溫度的測量，且由于成本較高，難以用于多點同時的在線監(jiān)測。另 外紅外測溫易受環(huán)境及周圍電磁場的干擾，存在測量精度不高的問題。接觸 式測溫主要采用熱電偶、熱敏電阻及半導(dǎo)體溫度傳感器等傳感元件。這種測溫方法需要溫度傳感元件與帶電體直接接觸，然后用金屬導(dǎo)線將信號引出， 具有精度高、成本低的優(yōu)點。但由于電力設(shè)備的測溫點往往有很高的電壓， 這種接觸式測溫法中傳感元件及金屬導(dǎo)線接入后容易影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，引 入不安全因素。另外一種接觸式測溫方法是采用光纖作為傳感器的分布式光纖測溫，即 拉曼測溫和布里淵散射測溫以及光纖光柵測溫，其顯著優(yōu)點是解決了電氣絕 緣的問題，但在目前情況下存在空間分辨力低、測溫精度低、影響因素多等 缺點，分布式光纖測溫系統(tǒng)的測溫精度易受光源波動及光纖彎曲的影響，光 纖光柵器件除了對溫度敏感外，其受物理應(yīng)力、濕度等外界因素的影響較大， 這樣影響了其溫度測量的精度，同時在很多需要測溫的場合，電氣距離緊湊， 光纖需要盤繞，影響電力系統(tǒng)的安全運行，另外光纖測溫的成本相對較高。因此如何在目前情況下克服各種方法的缺點，提出適合高壓帶電體的溫 度測量方法，具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)安全、可靠的在線監(jiān)測高壓帶電體的溫度。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案 一種高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置的電路部分主要包括有測溫探頭，該測溫探頭采用高精度低功耗測溫芯片，其感溫面緊貼被測 帶電體；光電控制/發(fā)射電路，該光電控制/發(fā)射電路設(shè)置在高壓帶電體側(cè)，它包 括光電池，光電池連接有運算放大器，運算放大器和場效應(yīng)管相連，場效應(yīng) 管連接高溫鋰電池；還有與測溫探頭相連的發(fā)光二極管；光電信號處理單元，用于計算還原出被測帶電體的溫度，該光電信號處
理單元設(shè)置在低壓側(cè)的外部；測溫探頭通過屏蔽電纜和光電控制/發(fā)射電路相連，光電控制/發(fā)射電路 的發(fā)光二極管通過輸出光纖與光電信號處理單元連接，光電信號處理單元通 過輸入光纖與光電控制/發(fā)射電路的光電池連接；從光電信號處理單元輸入的光脈沖觸發(fā)信號通過輸入光纖到光電池接 收，經(jīng)過運算放大器后通過光電控制/發(fā)射電路的場效應(yīng)管開通來控制高溫 鋰電池給測溫芯片加電工作，測溫芯片輸出的電脈沖信號驅(qū)動光電控制/發(fā) 射電路的發(fā)光二極管產(chǎn)生光脈沖信號，通過輸出光纖到光電信號處理單元， 由光電信號處理單元計算還原出被測帶電體的溫度。本實用新型具有絕緣耐受強度高、抗干擾能力強、不受周圍環(huán)境影響和 電磁場干擾、安裝方便、成本較低等優(yōu)點，適合用于不同電壓等級的場所， 如開關(guān)柜、配電柜等內(nèi)部的載流導(dǎo)體、母線排連接處接點、電纜表面以及電 力設(shè)備的外絕緣等不同部位的溫度測量。


圖1為本實用新型的光電轉(zhuǎn)換、控制電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的裝置外形結(jié)構(gòu)剖面圖，圖2中的符號表示l為套筒，2為光纖接頭，3為光纖通孔，4、 5、 8為緊固螺釘，6為絕緣板，7為 光電控制/發(fā)射電路板，9為電池正極頂絲，IO為電池盒，11、 17為彈簧， 12為高溫鋰電池，13為線罩，14為高溫電纜屏蔽線，15為電池負(fù)極頂絲， 16為三芯高溫電纜，18為測溫芯片，19為測溫探頭底殼(鋁殼)，20為測 溫探頭頂蓋(鋁殼)，21為測溫探頭電路板。圖3為本實用新型的絕緣緊固件剖面圖，圖3中的符號表示31為測溫 裝置，32為圓形母線排，33為聚四氟乙烯緊固件，34為聚四氟乙烯緊固螺 釘。
以下結(jié)合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本實用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步的
詳細(xì)說明。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，其電路部分主 要測溫探頭、光電控制/發(fā)射電路、光纖和光電信號處理單元等部分，測溫 探頭采用高精度低功耗測溫芯片，其感溫面緊貼被測帶電體，從光電信號處 理單元輸入的光脈沖觸發(fā)信號通過輸入光纖到光電池接收，經(jīng)過運算放大器 后通過場效應(yīng)管開通來控制高溫鋰電池給測溫芯片加電工作，測溫芯片輸出 的電脈沖信號驅(qū)動發(fā)光二極管產(chǎn)生光脈沖信號，通過輸出光纖到光電信號處 理單元，可計算還原出被測帶電體的溫度。測溫探頭的感溫元件采用高精度低功耗數(shù)字式溫度傳感器(測溫范圍為-40°C 125°C)，測溫探頭工作時，載流導(dǎo)體的溫度信號被轉(zhuǎn)換成為具有一 定頻率的方波信號，方波信號的頻率與待測載流導(dǎo)體的熱力學(xué)溫度成正比。 用該方波信號驅(qū)動光電控制/發(fā)射電路中的發(fā)光二極管，這樣載流導(dǎo)體的溫 度信號最終被調(diào)制成為光信號，經(jīng)過光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)的光電接收處理單 元，最后通過溫度傳感器的輸出特性計算還原出帶電體的溫度值。光電控制 /發(fā)射電路中采用硅光電池、場效應(yīng)管等元件組成控制電路，用來接收來自 光電處理單元激光器發(fā)射的光信號，來控制測溫探頭處于工作狀態(tài)或禁止工 作狀態(tài)。高壓帶電體側(cè)的光電控制/發(fā)射電路和低壓側(cè)的外部光電信號處理單元 通過塑料光纖隔離，可有效實現(xiàn)不同電位之間的隔離，保證系統(tǒng)工作的安全 性。該測溫裝置的供電電源采用高溫鋰離子電池(工作溫度范圍為0t: 150 。C)，避免了采用從載流導(dǎo)體取電電壓不穩(wěn)而影響系統(tǒng)運行、以及載流導(dǎo)體 中沒有電流時無法取電而使測溫系統(tǒng)無法工作等問題，可保證系統(tǒng)工作的可 靠性。由于測溫裝置內(nèi)所有的電路設(shè)計均采用低功耗設(shè)計的原則，測溫裝置
正常工作時電流最大值小于300IM (當(dāng)測量溫度最高為125'C時，數(shù)字式溫 度傳感器消耗的電源電流最大值為250PA)。如果測溫探頭采用間歇式工作 (如探頭每5min工作一次，每次工作5s時間)，并考慮電池的自放電，那 么足可以保證每4 5年以上更換一次電池(可結(jié)合設(shè)備檢修適時更換)。用 于固定溫度監(jiān)測裝置的絕緣緊固件采用聚四氟乙烯材料(可耐溫20(TC以上) 加工而成，滿足高電壓場合使用時的絕緣和溫度耐受強度要求。當(dāng)裝置的實測溫度達(dá)到高壓帶電體的臨界最高允許溫度(如A級絕緣材 料保證可靠運行的最高容許溫度為105°C，而金屬螺栓連接接頭的長期最高 工作溫度為80 105'C)時，光電信號處理單元還能夠及時給出報警，以提 醒運行人員到現(xiàn)場檢査。圖2中，本實用新型中的套筒l、光纖接頭2、電池盒IO，測溫探頭外 殼(底殼19和頂蓋20)均采用金屬鋁制作。其中套筒l、電池盒IO、探頭 頂蓋20，探頭底殼19的表面均經(jīng)過氧化處理。高溫鋰電池12的負(fù)極通過彈 簧ll、電池負(fù)極頂絲15與及套筒1連接為一體。這樣，套筒1和電池盒10 即可作為本裝置中供電的電源地。安裝時，將光電控制/發(fā)射電路板7的一端與光纖接頭2中的硅光電池 和發(fā)光二極管焊好，另一端分別與電池正極頂絲9、緊固螺釘8(緊固螺釘8 與電池盒10連接在一起)、高溫電纜中的三根引線焊好。如圖1中所示的方 向，將光纖從套筒1的左端穿入，從套筒l的右端穿出，并通過縱向緊固螺 釘4將兩路光纖固定在光纖接頭2上。從套筒1的左端沿著套筒方向向右拉 動已固定好的光纖，使光纖接頭2，光電控制/發(fā)射電路7和電池盒10到達(dá) 套筒1中的固定位置，并通過縱向緊固螺釘分別將光纖接頭2，電池盒10 固定在套筒1上。將高溫電纜未使用的一端穿過線罩13、測溫探頭頂蓋20 的通孔，套上彈簧17，在電纜的端部焊上溫度傳感器電路板21及溫度傳感 器18 (感溫面朝下)。在測溫探頭底殼19的底部均勻的涂上導(dǎo)熱硅膠，將測
溫探頭18的感溫面埋入導(dǎo)熱硅膠。旋上測溫探頭頂蓋20，使彈簧17產(chǎn)生壓 縮形變，從而保證溫度傳感器20的感溫面被彈簧17通過測溫探頭電路板21 緊貼在探頭底殼19的底部表面。將高溫電纜16兩端的屏蔽線分別通過緊固螺釘與電池盒10、測溫探頭 頂殼20緊密連接，這樣保證了本裝置的所有外殼與被測帶電體處于等電位， 避免了由于電位不一致而造成的放電隱患。通過緊固螺釘將線罩13固定在 套筒1上，最后將高溫鋰電池12裝入電池盒10，旋上電池負(fù)極頂絲15。圖3是本傳感裝置用于測量開關(guān)柜母線排接點溫度的安裝示意圖，通過 聚四氟乙烯緊固件33和聚四氟緊固螺釘34將套筒31固定在被測載流導(dǎo)體 (銅排)32上，同時使用高溫膠帶將測溫探頭緊緊扎裹在被測載流導(dǎo)體32 上。該傳感裝置測溫范圍為(-40°c i25°c)，測溫誤差為土rc。采用的高 溫鋰電池工作電壓為3.67V,容量為i.5Ah，工作溫度范圍為ot: i5(rc。整套系統(tǒng)的工作電流隨被測.溫度的升高而增大。當(dāng)測量溫度為125X:時，測 溫探頭的最大工作電流為250PA，此時整個裝置的工作電流小于300PA。如 果測溫探頭采用間歇式工作方式(測溫探頭每5min工作一次，每次工作5s 時間)，并考慮電池的自放電，足可以保證傳感裝置只需每4 5年更換一次 電池即可。
權(quán)利要求1.一種高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于，該裝置的電路部分主要包括有測溫探頭，用于采集高壓帶電體溫度，該測溫探頭采用高精度低功耗測溫芯片，其感溫面緊貼被測帶電體；光電控制/發(fā)射電路，該光電控制/發(fā)射電路設(shè)置在高壓帶電體側(cè)，它包括光電池，光電池連接有運算放大器，運算放大器和場效應(yīng)管相連，場效應(yīng)管連接高溫鋰電池，還有與測溫探頭相連的發(fā)光二極管；光電信號處理單元，用于計算還原出被測帶電體的溫度，該光電信號處理單元設(shè)置在低壓側(cè)的外部；測溫探頭通過屏蔽電纜和光電控制/發(fā)射電路相連，光電控制/發(fā)射電路的發(fā)光二極管通過輸出光纖與光電信號處理單元連接，光電信號處理單元通過輸入光纖與光電控制/發(fā)射電路的光電池連接；從光電信號處理單元輸入的光脈沖觸發(fā)信號通過輸入光纖到光電池接收，經(jīng)過運算放大器后通過光電控制/發(fā)射電路的場效應(yīng)管開通來控制高溫鋰電池給測溫芯片加電工作，測溫芯片輸出的電脈沖信號驅(qū)動光電控制/發(fā)射電路的發(fā)光二極管產(chǎn)生光脈沖信號，通過輸出光纖到光電信號處理單元，由光電信號處理單元計算還原出被測帶電體的溫度。
2. 如權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述的光電控制/發(fā)射電路和光電信號處理單元通過塑料光纖隔離。
3. 如權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，其特征在于， 所述的光電信號處理單元當(dāng)裝置的實測溫度達(dá)到高壓帶電體的臨界最高允 許溫度時，還能夠給出報警。
專利摘要本實用新型公開了一種高壓帶電體溫度在線監(jiān)測裝置，該裝置的電路部分主要包括測溫探頭、光電控制/發(fā)射電路、光纖和光電信號處理單元等部分，測溫探頭采用高精度低功耗測溫芯片，其感溫面緊貼被測帶電體，從光電信號處理單元輸入的光脈沖觸發(fā)信號通過輸入光纖到光電池接收，經(jīng)過運算放大器后通過場效應(yīng)管開通來控制高溫鋰電池給測溫芯片加電工作，測溫芯片輸出的電脈沖信號驅(qū)動發(fā)光二極管產(chǎn)生光脈沖信號，通過輸出光纖到光電信號處理單元，可計算還原出被測帶電體的溫度。該在線監(jiān)測裝置利用光纖傳輸控制信號和溫度信號，可實現(xiàn)監(jiān)測裝置與被測電氣系統(tǒng)之間的絕緣隔離，同時所選用的元件均為耐高溫、低功耗器件，可保證整套系統(tǒng)的長期可靠穩(wěn)定工作。
文檔編號G01K7/01GK201016813SQ200720031159
公開日2008年2月6日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者張冠軍, 楊國清, 秦貴波, 趙文彬 申請人:西安交通大學(xué)