專利名稱：一種母線接頭測(cè)溫wsn節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力監(jiān)測(cè)領(lǐng)域和無(wú)線傳感領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線接頭溫度的無(wú)線節(jié)點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中，當(dāng)載流母線的負(fù)載電流過(guò)大時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致溫升過(guò)高，會(huì)造成母線接頭及周邊帶電部件絕緣老化甚至擊穿，全國(guó)電力部門每年因?yàn)槟妇€溫度過(guò)高引發(fā)的重大事故上千起，給電力系統(tǒng)造成重大影響和損失。通過(guò)監(jiān)測(cè)母線接頭的溫度情況，可有效防止母線輸電故障的發(fā)生，為實(shí)現(xiàn)安全輸電提供有效保障。母線大都處于高電位、高地勢(shì)環(huán)境下，而目前國(guó)內(nèi)專門用于高壓母線溫度測(cè)量的 儀器還很少。目前用于測(cè)量母線溫度的方法主要有三種，一種方法是紅外熱像儀，根據(jù)吸收到的紅外輻射能量來(lái)測(cè)量接頭溫度，其準(zhǔn)確度較高，但需要光學(xué)器件，而且容易受外界條件干擾，在高壓母線等特定場(chǎng)合使用不太方便。另一種方法是在母線接頭表面涂一層隨溫度變化顏色的發(fā)光材料，通過(guò)觀察其顏色大致確定溫度范圍，這種方法準(zhǔn)確度低、可靠性差。而且以上兩種方法都需要人工巡查，不能起到實(shí)時(shí)檢測(cè)母線接頭溫度數(shù)據(jù)。第三種方法是光纖式溫度檢測(cè)，光纖具有優(yōu)越的絕緣性能，所以光纖溫度傳感器可直接安裝在高壓接頭上，但光纖表面容易受到污染，導(dǎo)致光纖表面放電，這限制了光纖測(cè)溫系統(tǒng)用于室外設(shè)備的測(cè)溫，且光纖成本較高難以普及。本實(shí)用新型為了解決上述問(wèn)題，采用無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)母線接頭測(cè)溫，直接接觸式測(cè)溫，結(jié)合無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，有效解決了高壓環(huán)境下溫度數(shù)據(jù)精確采集和電氣絕緣問(wèn)題，準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控。本實(shí)用新型最大特點(diǎn)在于無(wú)線節(jié)點(diǎn)的供電電源，目前用于交流母線熱測(cè)量的電子儀器所用電源大都為電池供電，這就使得這些電子儀器長(zhǎng)時(shí)間工作后需要更換電池，但由于其工作環(huán)境使得更換電池時(shí)很不方便。在交流母線周邊存在大量交變磁場(chǎng)，本實(shí)用新型從交流母線周邊的交變磁場(chǎng)中收集能量，并通過(guò)處理電路將收集到的能量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定供電電源。這種無(wú)線節(jié)點(diǎn)用電源可以使無(wú)線節(jié)點(diǎn)永遠(yuǎn)工作而不需更換電池，不但解決了更換電池造成的不方便和不安全問(wèn)題，而且充分利用了能源，起到節(jié)能作用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種新型的交流母線用WSN測(cè)溫節(jié)點(diǎn)，采用無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，直接接觸式測(cè)溫結(jié)合無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，有效解決了高壓環(huán)境下測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)精確采集和采集設(shè)備與一次高壓設(shè)備的絕緣問(wèn)題。能夠精確、穩(wěn)定的測(cè)量母線溫度，實(shí)時(shí)的檢測(cè)母線溫度，安裝使用不再受安裝位置、使用環(huán)境的限制，安裝實(shí)施非常簡(jiǎn)便。該無(wú)線節(jié)點(diǎn)其能源供應(yīng)取自母線周邊磁場(chǎng)，使得該裝置能在不需要電池狀態(tài)下永久工作。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是包括主結(jié)構(gòu)和副結(jié)構(gòu)兩部分；主結(jié)構(gòu)為無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電電源部分，副結(jié)構(gòu)為無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊；主結(jié)構(gòu)中的無(wú)線節(jié)點(diǎn)電源部分為一個(gè)母線磁能收集裝置，包括能量收集器、能量處理電路兩部分；能量收集器包括上鐵心、下鐵心和線圈，上鐵心和下鐵心均為凹形鐵心，下鐵心一端通過(guò)鉸鏈連接，另一端開合，開合端口通過(guò)上卡扣結(jié)構(gòu)和下卡扣結(jié)構(gòu)連接，上鐵心和下鐵心構(gòu)成的矩形鐵心環(huán)路環(huán)扣在母排上；下鐵心上纏繞有線圈，磁場(chǎng)變化時(shí)線圈就切割磁場(chǎng)，從而線圈中產(chǎn)生交流電，完成母線周邊磁能的收集；副結(jié)構(gòu)以一端通過(guò)鉸鏈連接、另一端開合結(jié)構(gòu)固定在母線接頭上，采用不銹鋼自鎖式扎帶結(jié)構(gòu)環(huán)扣在母線接頭上。將母線接頭測(cè)溫節(jié)點(diǎn)分為無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)部分和節(jié)點(diǎn)供電電源兩部分。供電電源部分設(shè)計(jì)成一種特殊形狀的外殼結(jié)構(gòu)，采用環(huán)形的開口式結(jié)構(gòu)可以環(huán)扣在母排上。供電電源部分又包括能量收集器和能量處理電路。能量收集器包含矩形鐵心和二次線圈。利用上下鐵心相連構(gòu)成了環(huán)扣母線的矩形環(huán)路，這樣實(shí)現(xiàn)了從交流母線穿過(guò)的交流電在矩形鐵心中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)在鐵心中形成矩形環(huán)路，環(huán)繞在下鐵心上的線圈切割矩形環(huán)路中交變的磁場(chǎng)，又產(chǎn)生交變的電流，這樣就取得了需要的交變電流，完成了能量收集，該部分為節(jié)點(diǎn)電源的能量收集部分。整流、濾波、穩(wěn)壓、蓄電池處理電路構(gòu)成了能量處理電路，處理后可向節(jié)點(diǎn)提供穩(wěn)定的直流電源。無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)部分包括無(wú)線射頻模塊和溫度傳感器模塊。無(wú) 線射頻模塊采用TI公司的CC2420芯片，其通信基于Zigbee協(xié)議，無(wú)線通信穩(wěn)定安全；處理器芯片為STM8L151，該芯片功能全面功耗低，最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。溫度傳感器采用PN溫度傳感器，該溫度傳感器測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍為-50 200°C，能夠滿足母線接頭溫度的監(jiān)測(cè)作用。溫度傳感器模塊負(fù)責(zé)測(cè)量母線接頭溫度，并將數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)形式經(jīng)放大處理后傳送給處理器STM8L151，STM8L151內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換功能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由無(wú)線發(fā)射芯片CC2420發(fā)送給數(shù)據(jù)接收節(jié)點(diǎn)。接收節(jié)點(diǎn)將收到數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)PC,由上位機(jī)PC進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。本實(shí)用新型的有益效果如下所述。I、本實(shí)用新型的交流母線無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)用電能直接取自交流母線周邊交變磁場(chǎng)，收集交變磁場(chǎng)能量并轉(zhuǎn)換為節(jié)點(diǎn)用穩(wěn)定電源，無(wú)需更換電池，即節(jié)能又方便，大大提高了安全系數(shù)。2、本實(shí)用新型的供電電源裝有備用的蓄電鋰電池，當(dāng)母線電流過(guò)小而無(wú)法正常供電時(shí)啟用鋰電池供電，通常狀態(tài)時(shí)鋰電池蓄電。3、本實(shí)用新型的無(wú)線節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)根據(jù)母線形狀設(shè)計(jì)，可以卡扣在母線上，使得無(wú)線節(jié)點(diǎn)拆裝方便、易于維護(hù)。4、本實(shí)用新型采用無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，溫度傳感器直接安裝在母線接頭上，溫度采集靈活準(zhǔn)確，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適用不同電壓等級(jí)、不同環(huán)境母線接頭的溫度監(jiān)測(cè)，并解決了電氣絕緣問(wèn)題。5、本實(shí)用新型的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)母線接頭溫度，而且不需人工巡查，既方便有安全。

圖I是本實(shí)用新型的應(yīng)用外觀圖。圖2是本實(shí)用新型的主結(jié)構(gòu)外觀圖。圖3是本實(shí)用新型的能量處理電路框圖。圖4是本實(shí)用新型的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)電路圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1-2，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)上分為主結(jié)構(gòu)5和副結(jié)構(gòu)2兩部分。主結(jié)構(gòu)5為無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電電源部分，副結(jié)構(gòu)2為無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊。主結(jié)構(gòu)5中的無(wú)線節(jié)點(diǎn)電源部分為一個(gè)母線磁能收集裝置，它包括能量收集器、能量處理電路兩部分。能量收集器包括上鐵心6、下鐵心7和線圈，上下鐵心均為凹形鐵心，并根據(jù)母排大小設(shè)計(jì)，上下鐵心構(gòu)成的矩形鐵心環(huán)路可環(huán)扣在母排I上。當(dāng)母線I中有交流電時(shí)，母線I周邊產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，環(huán)繞在母排I上的矩形鐵心環(huán)路中相應(yīng)的產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。下鐵心7上纏繞有線圈，磁場(chǎng)變化時(shí)線圈就會(huì)切割磁場(chǎng)，從而線圈中產(chǎn)生交流電，完成了母線周邊磁能的收集。上下鐵心一端通過(guò)鉸鏈4連接，另一端可開合，開合端口采用上卡扣結(jié)構(gòu)8和下卡扣結(jié)構(gòu)9連接，這種結(jié)構(gòu)使得上鐵心的開合十分方便，進(jìn)而裝置拆裝方便快捷，安裝時(shí)不需要從母線I 一端的套入，打開開口直接卡套在母線I上，然后關(guān)閉卡扣即可，這就省去了拆裝母線造成的麻煩。適合在高壓、 高地勢(shì)這種惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。副結(jié)構(gòu)2以相似結(jié)構(gòu)固定在母線接頭10上，采用不銹鋼自鎖式扎帶結(jié)構(gòu)11環(huán)扣在母線接頭上，安裝牢固方便，不銹鋼材質(zhì)使得扎帶耐腐蝕性好、耐溫性能好且壽命長(zhǎng)。參見圖3，該部分為本實(shí)用新型無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電電源的能量處理部分，從下鐵心7纏繞線圈引出的輸出電線接電路處理模塊。能量處理電路模塊主要包括整流al、濾波Aa2、開關(guān)穩(wěn)壓電源a3、穩(wěn)壓器a4、濾波Aa5后輸出無(wú)線節(jié)點(diǎn)所需要的穩(wěn)定電源。整流電路al采用橋式整流電路，通過(guò)al將鐵心線圈輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓。經(jīng)過(guò)整流橋al后的直流電壓還含有交流分量，通過(guò)濾波Aa2將交流分量濾除，濾波器件選用最常見也最簡(jiǎn)單的電容濾波電路，電容選用電容容量較大的電解電容。因?yàn)橐淮蝹?cè)交流電流變化范圍較大，有可存在死區(qū)問(wèn)題。本實(shí)用新型加入了備用鋰電池a7解決死區(qū)問(wèn)題，當(dāng)一次側(cè)母線電流過(guò)小時(shí)，開啟鋰電池a7向無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電。為了給鋰電池a7充電，在濾波電容a2后加入了開關(guān)穩(wěn)壓電源a3。由開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出直流電分為兩路。一路向線性充電器a6提供電壓，由線性充電器a6給備用鋰電池a7充電，另一路經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器a4轉(zhuǎn)換成3. 3V電壓給無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電。參見圖4，該部分為本實(shí)用新型的無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊和溫度傳感器模塊2電路圖。溫度傳感器采用PN溫度傳感器D1，該溫度傳感器測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好，測(cè)量范圍為-50 200°C，能夠滿足母線接頭10溫度的監(jiān)測(cè)作用。溫度傳感器Dl直接接觸母線接頭10，測(cè)得的溫度值準(zhǔn)確。從溫度傳感器Dl出來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)放大電路后接處理器STM8L151 Ul，模擬信號(hào)通過(guò)STM8L151內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，STM8L151 Ul和發(fā)射模塊CC2420 U2之間通過(guò)SPI接口連接，通信快速穩(wěn)定。發(fā)射節(jié)點(diǎn)C2420 U2將溫度數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)可接收多臺(tái)發(fā)射結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通信傳給上位機(jī)PC，由上位機(jī)PC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控母線接頭10溫度，并做相應(yīng)的控制。綜上，本實(shí)用新型可以以不背離本實(shí)用新型基本特征精神的不同的形式實(shí)施，本實(shí)施例結(jié)合了電磁感應(yīng)原理、電力電子技術(shù)和無(wú)線傳感領(lǐng)域，本實(shí)用新型直接從交流母線周邊交變磁場(chǎng)取能，并為處于高電位、高地勢(shì)環(huán)境下的無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)提供電源，即節(jié)能又安全。而且本無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)具有高穩(wěn)定性、高壽命、低成本等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的應(yīng)用前景。本實(shí)用新型不僅僅局限于無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)需要為一切高壓側(cè)用電設(shè)備提供穩(wěn)定能量。由于本發(fā)明的范圍由附和的權(quán)利要求限定而不是被前面的描述所定義，所有落在權(quán)利要求的要求和范圍內(nèi)或這樣的要求和范圍的等效物中改變都被認(rèn)為是包含在這些權(quán)利要求中的?！?br> 權(quán)利要求1.一種母線接頭測(cè)溫WSN節(jié)點(diǎn)，其特征在于，包括主結(jié)構(gòu)(5)和副結(jié)構(gòu)(2)兩部分；主結(jié)構(gòu)(5)為無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電電源部分，副結(jié)構(gòu)(2)為無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊；主結(jié)構(gòu)(5)中的無(wú)線節(jié)點(diǎn)電源部分為一個(gè)母線磁能收集裝置，包括能量收集器、能量處理電路兩部分；能量收集器包括上鐵心(6 )、下鐵心(7 )和線圈，上鐵心(6 )和下鐵心(7 )均為凹形鐵心，下鐵心(7 )一端通過(guò)鉸鏈(4)連接,另一端開合,開合端口通過(guò)上卡扣結(jié)構(gòu)(8)和下卡扣結(jié)構(gòu)(9)連接，上鐵心(6)和下鐵心(7)構(gòu)成的矩形鐵心環(huán)路環(huán)扣在母排(I)上；下鐵心(7)上纏繞有線圈，磁場(chǎng)變化時(shí)線圈就切割磁場(chǎng)，從而線圈中產(chǎn)生交流電，完成母線周邊磁能的收集；副結(jié)構(gòu)(2)以一端通過(guò)鉸鏈連接、另一端開合結(jié)構(gòu)固定在母線接頭(10)上，采用不銹鋼自鎖式扎帶結(jié)構(gòu)(11)環(huán)扣在母線接頭上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種母線接頭測(cè)溫WSN節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電電源的能量處理部分，從下鐵心(7)纏繞線圈引出的輸出電線接電路處理模塊；能量處理電路模塊包括整流(al)、濾波A (a2)、開關(guān)穩(wěn)壓電源(a3)、穩(wěn)壓器(a4)、濾波B (a2);整流(al)采用橋式整流電路，通過(guò)整流(al)將鐵心線圈輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；經(jīng)過(guò)整流(al)后的直流電壓還含有交流分量，通過(guò)濾波A (a2)將交流分量濾除，濾波A (a2)為電容濾波電路，電容選為電解電容；當(dāng)一側(cè)母線電流過(guò)小時(shí)，開啟鋰電池(a7)向無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電;在濾波A (a2)后加入了開關(guān)穩(wěn)壓電源(a3);由開關(guān)穩(wěn)壓電源(a3)輸出直流電分為兩路；一路向線性充電器(a6)提供電壓，由線性充電器(a6)給備用鋰電池(a7)充電，另一路經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器(a4)轉(zhuǎn)換成3. 3V電壓給無(wú)線節(jié)點(diǎn)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種母線接頭測(cè)溫WSN節(jié)點(diǎn)，其特征在于，還包括無(wú)線節(jié)點(diǎn)模塊和溫度傳感器模塊電路；溫度傳感器采用PN溫度傳感器(Dl)，測(cè)量范圍為-50 200°C，溫度傳感器(Dl)直接接觸母線接頭(10)，從溫度傳感器(Dl)出來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)放大電路后接處理器STM8L151 (U1)，模擬信號(hào)通過(guò)STM8L151內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，STM8L151 (Ul)和發(fā)射模塊CC2420 (U2)之間通過(guò)SPI接口連接，發(fā)射節(jié)點(diǎn)CC2420 (U2)將溫度數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)，接收節(jié)點(diǎn)可接收多臺(tái)發(fā)射結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)RS485通信傳給上位機(jī)PC，由上位機(jī)PC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控母線接頭(10)溫度。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種母線接頭測(cè)溫WSN節(jié)點(diǎn)，涉及電力監(jiān)測(cè)領(lǐng)域和無(wú)線傳感領(lǐng)域。采用無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，直接接觸式測(cè)溫結(jié)合無(wú)線數(shù)據(jù)采集技術(shù)，有效解決了高壓環(huán)境下測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)精確采集和采集設(shè)備與一次高壓設(shè)備的絕緣問(wèn)題。能夠精確、穩(wěn)定的測(cè)量母線接頭溫度，實(shí)時(shí)的檢測(cè)母線溫度。且其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，安裝方便，使用不再受安裝位置、使用環(huán)境的限制。該無(wú)線節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)為自供電電源，從母線周邊磁場(chǎng)收集能量，并經(jīng)過(guò)能源處理電路轉(zhuǎn)換為無(wú)線節(jié)點(diǎn)能夠使用的穩(wěn)定電源，使得該裝置能在不需要電池狀態(tài)下永久工作。
文檔編號(hào)G01K1/02GK202793627SQ20122021804
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月16日
發(fā)明者楚孔旭, 張榮標(biāo) 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)