CN105547508A - 一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法，包括吸附于柜门外的多个温度采集器，温度接收器、上位机，所述温度接收器与上位机通过数据线连接，上位机位于变电站的控制室内。所述温度采集器包含壳体，所述壳体外侧设置磁铁，与开关柜的柜壁构成磁吸附式结构，壳体内分为测量腔和电路腔，测量腔内装设有温度传感器，电路腔内装设有电路板，所述电路板上设有第一数据处理模块、第一电源模块、射频发送模块，温度传感器与所述电路板连接。本发明一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法，通过测量开关柜柜门外表面温度，结合开关柜的温度场分析，间接得到柜内所需测温部位的温度。克服了现有技术的缺陷，测温准确方便，更具实用性。

Description

一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法

技术领域

本发明一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法，涉及高压开关柜温度检测领域。

背景技术

在无人值守变电站中，对高压开关柜的测温是必不可少的。对于开关柜的温度测量工程上常使用红外测温，但由于柜内结构的限制，针对柜内一些部位的红外测温经常被阻挡而不能很好地完成测温任务。考虑到此点，现在一些直接型测温手段如光纤测温也正逐步受到关注，其往往将温度监测装置直接安装于开关柜内需测温部位上，这可能会影响开关柜的正常运作，还可能由于监测装置的故障而导致与其直接接触的柜内部件发生故障以至于造成整个开关柜发生故障。

发明内容

本发明提供一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法，通过测量开关柜柜门外表面温度，结合开关柜的温度场分析，间接得到柜内所需测温部位的温度。克服了现有技术的缺陷，测温准确方便，更具实用性。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，包括吸附于柜门外的多个温度采集器，温度接收器、上位机，所述温度接收器与上位机通过数据线连接，上位机位于变电站的控制室内。

所述温度采集器包含壳体，所述壳体外侧设置磁铁，与开关柜的柜壁构成磁吸附式结构，壳体内分为测量腔和电路腔，测量腔内装设有温度传感器，电路腔内装设有电路板，所述电路板上设有第一数据处理模块、第一电源模块、射频发送模块，温度传感器与所述电路板连接。

所述壳体是由底座、磁连接器组成的封闭空腔体，在底座上端口处旋接上盖，上盖处有小孔供射频天线伸出。

所述温度接收器包括射频接收模块、第二数据处理模块、第二电源模块；在温度采集器与温度接收器之间有无线信号传输通道。

本发明一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置和方法，技术效果如下：

1：通过测量开关柜柜门外温度间接得到柜内所需测温部位的温度。此方法一方面不受柜体内复杂结构的影响，另一方面不会将测温装置直接安装在柜体内部从而影响高压开关柜的正常运行。

2：除用于变电站内的开关柜外，还可用于电容柜等一系列需要进行温度检测的配电柜。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明装置的温度采集器结构图；

图3为本发明装置的温度检测方法流程图；

图4为本发明装置的负载电流400A时开关柜的温度场分布图；

图5为本发明装置的开关柜在环境温度20℃、400A负载电流下的对应曲线图。

其中：1-柜门，2-温度采集器，3-温度接收器，4-上位机，5-测量腔，6-电路腔，7-温度传感器，8-第一数据处理模块，9-第一电源模块，10-射频发送模块，11--底座，12-磁连接器，13-射频天线。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，包括吸附于柜门1外的多个温度采集器2，温度接收器3、上位机4，所述温度接收器3与上位机4通过数据线连接，上位机4位于变电站的控制室内。

所述温度采集器2包含壳体，所述壳体外侧设置磁铁，与开关柜的柜壁14构成磁吸附式结构，壳体内分为测量腔5和电路腔6，测量腔5内装设有温度传感器7，电路腔6内装设有电路板，所述电路板上设有第一数据处理模块8、第一电源模块9、射频发送模块10，温度传感器7与所述电路板连接。

所述壳体是由底座11、磁连接器12组成的封闭空腔体，使得温度采集器2可以磁吸附于开关柜柜壁14，方便取下维修。在底座11上端口处旋接上盖，上盖处有小孔供射频天线13伸出。

所述温度接收器3包括射频接收模块、第二数据处理模块、第二电源模块；在温度采集器2与温度接收器3之间有无线信号传输通道。

其中：所述温度采集器3为三个，分别位于开关柜的柜门和两侧柜壁上；所述温度传感器7为DS18B20；所述射频模块、数据处理模块均为集成模块，是CC2530芯片；所述电源模块选自78或79系列芯片中的一种，使用5V纽扣电池。

一种基于柜门外温度测量的间接型开关柜温度检测方法，包括以下步骤：

步骤1、将多个温度采集器2固定在柜壁14外侧，通电后温度采集器2利用温度传感器7采集柜壁14温度，第一数据处理模块8读取温度数据后将其通过射频发送模块10无线发送到温度接收器中3的射频接收模块。

步骤2、温度接收器3接收数据后，由其中的第二数据处理模块读取数据，并将数据通过数据线传送到上位机4。

步骤3、上位机4结合环境温度、开关柜的负载大小对收集到的数据进行处理，反演出柜内需测温部位的温度。

步骤4、输出反演结果，判断是否过热。若过热,上位机4发送报警信息到值班员的手机上，否则回到步骤3。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、根据开关柜结构和周围环境，采用有限元分析法构建开关柜三维温度场仿真模型。有限元分析法利用数学近似的方法对物理***(几何和载荷工况)进行模拟，其将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的、较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，如结构的平衡条件，从而得到问题的解。此法适合各种复杂形状，是一种进行开关柜温度场分析的有效手段。

开关柜体的发热损耗来源于涡流损耗，这些热量通过柜体表面的自然对流换热和热辐射两种方式发散到周围环境。假设各种材料的热物性为常数，不随材料温度而改变。则温度场的控制方程为：

$c\mathrm{\ρ}\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{\∂}{\∂x}\left(\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂y}\right)+\frac{\∂}{\∂z}\left(\mathrm{\λ}\frac{\∂T}{\∂z}\right)+\stackrel{\‾}{Q}$

式中ρ为材料的密度；λ、c为材料的导热系数和比热；为内热源强度。

在母排的外表面上应该满足对流和辐射边界条件

$q\·n=k_c(T-T_a)+\mathrm{\ϵ}\mathrm{\σ}(T^4-T_a^4)$

上式中T_a是环境温度；σ表示史蒂芬-玻尔兹曼常数；ε表示母排表面的热发生率；k_c表示母排表面的对流换热系数；q表示热流密度矢量。

根据柜体尺寸数据建立开关柜三维模型，给模型中各部分区域定义单元类型、材料特性后进行网格划分得到用于开关柜温度场分析的三维温度场仿真模型。

步骤3.2、输入环境温度、负载电流、柜内各部件的材料参数，对开关柜三维温度场仿真模型进行温度场仿真，计算不同负载下开关柜的温度场分布。将开关柜在不同电流下运行时产生的涡流损耗作为热源导入三维温度场仿真模型，并设定相应的辐射边界条件，和对流散热边界条件，计算开关柜不同负载电流下的温度场分布。负载电流400A时开关柜的温度场分布如图4所示，从分布图中可以查询柜体各部位的温度值。

步骤3.3、根据计算结果，归纳出柜壁14测温点处温度与柜内需测温部位温度的对应曲线。在温度场分布图中采集柜内需测温部位与柜壁14上3个测温点的温度值，在此基础上以内部需测温部位温度为横轴，测温点温度为纵轴，依次画出3个测温点的温度对应曲线。图5为开关柜在环境温度20℃、400A负载电流下的对应曲线图。

步骤3.4、将实测得到的柜壁14上的测温点处的温度数据代入对应曲线，对应得到柜内需测温部位的温度数据；另外，由于测温点较多，需对得到的温度数据集进行拟合。通过测温装置实测得柜壁14上的测温点温度值，将3个测温点的实测温度值代入曲线图得到3个对应点，3个店在横轴上的投射值即内部需测温部位的温度值。3个测温点对应3个温度值，取平均值从而拟合出内部需测温部位的实际温度值。

其中，考虑到开关柜在实际运行中负荷电流经常变化，因此步骤3.2中所述的负载电流为一系列逐渐增大、但不大于开关柜最大工作电流的电流值序列。

Claims (8)

1.一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，包括吸附于柜门(1)外的多个温度采集器(2)，温度接收器(3)、上位机(4)，其特征在于，所述温度接收器(3)与上位机(4)通过数据线连接，上位机(4)位于变电站的控制室内。

2.根据权利要求1所述一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，其特征在于，所述温度采集器(2)包含壳体，所述壳体外侧设置磁铁，与开关柜的柜壁(14)构成磁吸附式结构，壳体内分为测量腔(5)和电路腔(6)，测量腔(5)内装设有温度传感器(7)，电路腔(6)内装设有电路板，所述电路板上设有第一数据处理模块(8)、第一电源模块(9)、射频发送模块(10)，温度传感器(7)与所述电路板连接。

3.根据权利要求2所述一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，其特征在于，所述壳体是由底座(11)、磁连接器(12)组成的封闭空腔体，在底座(11)上端口处旋接上盖，上盖处有小孔供射频天线(13)伸出。

4.根据权利要求1所述一种基于柜门外测量的开关柜温度检测装置，其特征在于，所述温度接收器(3)包括射频接收模块、第二数据处理模块、第二电源模块；在温度采集器(2)与温度接收器(3)之间有无线信号传输通道。

5.一种基于柜门外温度测量的间接型开关柜温度检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、将多个温度采集器(2)固定在柜壁(14)外侧，通电后温度采集器(2)利用温度传感器(7)采集柜壁(14)温度，第一数据处理模块(8)读取温度数据后将其通过射频发送模块(10)无线发送到温度接收器中(3)的射频接收模块；

步骤2、温度接收器(3)接收数据后，由其中的第二数据处理模块读取数据，并将数据通过数据线传送到上位机(4)；

步骤3、上位机(4)结合环境温度、开关柜的负载大小对收集到的数据进行处理，反演出柜内需测温部位的温度；

步骤4、输出反演结果，判断是否过热。

6.根据权利要求5所述一种基于柜门外温度测量的间接型开关柜温度检测方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、根据开关柜结构和周围环境，采用有限元分析法构建开关柜三维温度场仿真模型；

步骤3.2、输入环境温度、负载电流、柜内各部件的材料参数，对开关柜三维温度场仿真模型进行温度场仿真，计算不同负载下开关柜的温度场分布；

步骤3.3、根据计算结果，归纳出柜壁14测温点处温度与柜内需测温部位温度的对应曲线；

步骤3.4、将收集到的柜壁14测温点处的温度数据代入曲线，得到柜内需测温部位的温度数据集；另外，由于测温点较多，需对得到的温度数据集进行拟合。

7.根据权利要求6所述一种基于柜门外温度测量的间接型开关柜温度检测方法，其特征在于，步骤3.2中所述的负载电流为一系列逐渐增大、但不大于开关柜最大工作电流的电流值序列。

8.根据权利要求6所述一种基于柜门外温度测量的间接型开关柜温度检测方法，其特征在于，步骤3.4所述的拟合为非线性拟合。