開關(guān)柜無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)

楊佳樂

摘?要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人類對美好生活的向往和追求，對電力需求越來越大，因此電氣設(shè)備在高電壓、大電流的運行環(huán)境下，其觸頭、母線的連接等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，由此最終導(dǎo)致事故發(fā)生。近年來，在發(fā)電廠和變電站已發(fā)生多起因開關(guān)柜過熱造成火災(zāi)和大面積停電事故，因此解決開關(guān)過熱問題是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵，實現(xiàn)溫度實時在線監(jiān)測是保障電氣設(shè)備安全可靠運行的重要保障手段之一。

關(guān)鍵詞：溫度測量?無源無線

引言

隨著電力科技的快速發(fā)展，輸配電系統(tǒng)逐步向科技化、安全化、智能化發(fā)展。在實際應(yīng)用中，電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、人工智能等多個不同的技術(shù)領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，較傳統(tǒng)的電力運行系統(tǒng)來說，引入溫度實時在線監(jiān)測系統(tǒng)可以一定程度的預(yù)防和降低因高溫導(dǎo)致的電氣事故次數(shù)，降低事故損失。

一、電力系統(tǒng)現(xiàn)有測溫方式及特點

1.采用人工巡檢的方式測溫

給巡檢人員配備一些必要的測溫工具，通過人工巡檢測量溫度，雖然可以有效防止其發(fā)熱引發(fā)事故，但隨著電力科技的飛速發(fā)展，這種方式的局限性越來越大，對于封閉的開關(guān)柜、母線橋等無法進行人工巡檢測溫，新出的開關(guān)柜母線都加防護套，使用紅外測溫槍，也無法準(zhǔn)確測溫，并且消耗大量人力物力。

2.常規(guī)測溫方式

常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測溫方式，需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，絕緣性能不能保證，會給電力系統(tǒng)安全可靠運行帶來隱患。

3.光纖溫度傳感器

光纖溫度傳感器采用光導(dǎo)纖維傳輸溫度信號，光導(dǎo)纖維具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜內(nèi)的高壓，因此光纖溫度傳感器能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點上，準(zhǔn)確測量高壓觸點的運行溫度，實現(xiàn)開關(guān)柜觸點運行溫度的實時在線監(jiān)測。然而光纖具有易折、易斷、不耐高溫等特性。積累灰塵后易導(dǎo)致光纖沿面放電，從而使絕緣性能降低，且受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)影響，在柜內(nèi)布線難度較大。另外，光纖溫度傳感器成本也相對較高。

4.紅外測溫

紅外測溫屬于非接觸式測溫，容易受環(huán)境及周圍電磁場干擾，另外開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹窄，無法安裝紅外測溫探頭（因為紅外探頭必須與被測物體保持一定的安全距離，并需要正對被測量物體的表面），要求被測量點能夠在視野內(nèi)且無遮掩，表面清潔以確保準(zhǔn)確性。

5.無線溫度傳感器

無線溫度傳感器又分為有源無線溫度傳感器和無源無線溫度傳感器。

有源無線溫度傳感器與無源無線溫度傳感器比較，有源無線溫度傳感器尺寸較大，需要電池提供電源，而電池需要更換，且電池在高于150度高溫環(huán)境時會爆炸、起火，有很大的安全隱患。

無源無線溫度傳感器體積小，測量數(shù)據(jù)進行無線傳輸，安裝方便靈活，不受空間和結(jié)構(gòu)的影響，無電氣連接，從而實現(xiàn)了高壓隔離，安全可靠。

二、無源無線溫度傳感器的工作原理

無源無線溫度傳感器測溫裝置由以下部分組成：裝在開關(guān)柜內(nèi)測試點的SAW傳感器，能無線連接多個溫度傳感器的讀入采集器。讀入采集器的天線嵌在開關(guān)柜內(nèi)壁，這樣以來可以屏蔽外部的電波干擾。而讀入采集器的其它部分（接線箱）則安裝在開關(guān)柜的外面，因而可以保證在開關(guān)柜不通電的情況下也能正常工作，讀入采集器由單獨的電源供電，并向開關(guān)柜內(nèi)發(fā)射短射頻信號。如果射頻脈沖的頻率與溫度傳感器預(yù)設(shè)的頻率相同，傳感器就能接收到該射頻信號，并且改變和被動地反射脈沖信號，返回的脈沖信號由于受到了傳感器自身溫度的影響攜帶了傳感器的溫度信息。安裝示意圖如下：

三、系統(tǒng)構(gòu)成

一個開關(guān)柜安裝一組（通常是6個），無源無線溫度傳感器測量各觸點溫度，這組傳感器溫度監(jiān)測信息的收發(fā)和管理由一個讀入采集器統(tǒng)一完成。

不同的應(yīng)用場景（如變電站與電廠，戶外與戶內(nèi)）開關(guān)柜的分布情況、環(huán)境都不相同，同一區(qū)域內(nèi)多個開關(guān)柜的讀入采集器之間可選擇通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)或無線自組網(wǎng)進行溫度監(jiān)測信息的本地傳輸，由一個測溫主控終端統(tǒng)一進行本區(qū)域內(nèi)所以開關(guān)柜溫度監(jiān)控信息的采集、存儲和管理。

WPTM-SC無源無線開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由無源無線溫度傳感器、無線溫度采集器、測溫主控終端三部分構(gòu)成，每個無線溫度采集器最多可采集3組（每組6個）無源無線溫度傳感器，每個測溫主控終端最多接30個無線溫度采集器。

測溫主控終端既通過485或其它數(shù)據(jù)接口按照指定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約（如103、CDT規(guī)約），傳入電力專用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)遠程在線溫度監(jiān)控，分析及預(yù)警。

四、標(biāo)準(zhǔn)的溫度采集過程

無線讀入采集器通過它的天線發(fā)射射頻脈沖。

脈沖信號被傳感器上的天線收到后，通過叉指換能器（IDT）在電壓傳感器表面激活一個表面波。

傳感器表面波的頻率由于受到傳感器本身溫度的影響發(fā)生了變化。正是由于頻率受溫度變化的機制，使得溫度數(shù)據(jù)測量得以實現(xiàn)。

IDT再將表面波的頻率振蕩轉(zhuǎn)化成射頻信號。此射頻信號由讀入采集器上的天線收到后進行處理。

由于諧振器的高質(zhì)量特性，即使訪問波具有50HZ的帶寬，葉確保了反射回來的信號包含了精確的射頻信息。

反射回來的射頻頻率變化與溫度的變化成比例關(guān)系。

結(jié)束語

根據(jù)實際情況，該監(jiān)測系統(tǒng)可以作為電力自動化的一個功能模塊存在（將溫度信息通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口接入電力自動化系統(tǒng)），也可以單獨作為一套開關(guān)柜溫度監(jiān)測的主站系統(tǒng)。各類運行管理人員通過專用網(wǎng)絡(luò)及時準(zhǔn)確的監(jiān)測開關(guān)柜溫度情況。