[发明专利]一种电力开关柜在线监测系统及其监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的监测系统及其方法，具体涉及一种电力开关柜在线监测系统及其监测方法。

背景技术

电力开关柜是负责电力系统中负荷分配的重要设备，因通过负荷电流较大，部分开关柜长期通过电流可高达4000A，而柜内接点（插头）接触位置偏移、动静触指弹簧松动、材质不良等因素均会导致触头接触不良，从而产生严重发热。按照国家标准GB763-1990《交流高压电器在长期工作时的发热》相关要求，10kV开关柜内裸铜或裸铜合金触指最高允许温度为75℃，柜内设备接头的最大发热温度不得超过最高允许发热温度，否则会直接引起开关柜事故，因此采用一种合适的测温方法对电力开关柜接点的温度进行在线实时监测是十分必要的。

目前针对开关柜的测温解决方案包括色片测温、红外测温、光纤测温、有源无线测温等，且均具有一定的局限性：1）色片测温法利用色片颜色随温度的不同而变化来判断温度，准确度低，可靠性差，不能进行定量测量；2）红外测温仪适合人工巡查测温，体积较大，成本高，且无法绕射透过遮挡物、准确测量关键接点处温度；3）光纤具有易折、易断、不耐高温的特性，设备造价较高，在柜内布线难度较大；4）有源无线测温传感头需要电池供电或者小CT取能。若采用电池供电，则其在高温下容易爆裂，并且需要定期更换电池，维护工作量大；采用CT取能时，若接头电流较小，电能无法取出，传感头停止工作，若接头电流较大，则容易烧坏小CT直至烧坏传感头。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电力开关柜在线监测系统，另一目的是提供一种电力开关柜在线监测系统的监测方法，本发明通过无线供电方式向在线监测系统中的传感器提供电源，具有很高的供电可靠性及安全性，极大的缩减了监测系统维护的工作量。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种电力开关柜在线监测系统，其改进之处在于，所述系统包括开关柜、无线传感器节点、无线能量传输装置和监控中心；所述无线传感器节点安装于开关柜中易发热部位（易发热部位指的是如电缆终端接头、母排螺栓处等），所述无线能量传输装置安装于开关柜的仪表室或开关柜外部（开关柜附近能由市电供电的位置），所述无线能量传输装置通过GPRS或光纤与监控中心进行数据交互。

其中，在所述开关柜的发热位置安装无线传感器节点；所述无线传感器节点包括RF能量收集模块、传感器模块和微控制器模块；所述RF能量收集模块通过DC/DC升压电路为传感器模块和微控制器模块供电。

其中，所述RF能量收集模块包括阻抗匹配网络、超级电容、整流电路和DC/DC升压电路；所述阻抗匹配网络、整流电路和DC/DC升压电路依次连接；所述超级电容与DC/DC升压电路双向连接。

其中，所述RF能量收集模块利用天线接收无线能量传输装置发送的电磁波能量，并通过阻抗匹配网络和整流电路将其转换为低压直流电源；所述DC/DC升压电路将不低于20mV的直流电源升压至传感器模块和微控制器模块的工作电压；所述天线为弹簧天线或PCB印制天线；

当RF能量收集模块输出电压达到预设值的93%时，向微控制器模块输出PGOOD信号，同时对超级电容进行充电；当收集的射频能量无法维持DC/DC升压电路正常工作时，超级电容开始放电，并通过DC/DC升压电路为传感器模块与微控制器模块供电。

其中，所述传感器模块包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器用于将开关柜中发热无线传感器节点的温度信号转换为温度模拟电压信号；所述湿度传感器用于将环境湿度信号转换为湿度模拟电压信号，所述温度模拟电压信号和湿度模拟电压信号传输至微控制器模块。

其中，所述微控制器模块包括依次连接的无线收发器、CPU和模数转换器ADC；

所述微控制器模块定时启动模数转换器ADC将温度模拟电压信号和湿度模拟电压信号转换为数字信号，并通过无线收发器将数字信号发送给无线能量传输装置。

其中，所述无线能量传输装置包括微处理器、无线收发器、无线发射电路、功率放大器、GPRS模块/光纤以太网接口、LCD显示屏和平板天线；

所述无线收发器、GPRS模块/光纤以太网接口和LCD显示屏分别与微处理器连接；所述无线收发器通过功率放大器连接无线发射电路和平板天线；

所述微处理器用于为无线传感器节点提供射频能量并采集实时温、湿度数据；本地显示及告警；配置无线传感器节点的参数；接收并执行监控中心的命令，上传监测数据。

其中，所述无线能量传输装置由仪表室或开关柜外部提供的交流电源或蓄电池供电；