季洪獻(xiàn)

（浙江雷鳥(niǎo)智能電網(wǎng)技術(shù)有限公司，浙江 杭州311121）

1 常用的溫度在線監(jiān)測(cè)方法

高壓開(kāi)關(guān)柜是發(fā)電廠、變電站中確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要設(shè)備。隨著使用年限的增加，因制造、安裝不良或材料質(zhì)量等問(wèn)題，常見(jiàn)的故障大部分都是隔離觸頭、母排連接部位發(fā)熱等，一旦發(fā)熱過(guò)度，就會(huì)造成開(kāi)關(guān)柜爆炸，引發(fā)大面積的停電。但因高壓開(kāi)關(guān)柜的封閉式結(jié)構(gòu)在運(yùn)行中不能打開(kāi)，而且目前許多變電站已實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，所以這幾年國(guó)內(nèi)很多單位都在嘗試?yán)迷诰€監(jiān)測(cè)的技術(shù)手段來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜觸頭的溫度。

目前，常用的溫度在線監(jiān)測(cè)方法有以下幾種：

（1）紅外線測(cè)溫方式：采用一定溫度的物體都會(huì)發(fā)出紅外光的原理，通過(guò)光學(xué)鏡頭對(duì)不同功率的紅外光進(jìn)行收集，然后得出對(duì)象的溫度。由于一般要安裝在低壓柜體上，施工難度非常大。而且還要注意安全距離，并且要求溫度采集點(diǎn)和傳感器之間不能有遮掩，但大多數(shù)情況下隔離觸頭等發(fā)熱部件都會(huì)被絕緣罩包圍，故溫度測(cè)量非常不準(zhǔn)。

（2）分布式光纖測(cè)溫方式：光纖本身是良好的絕緣體，可以直接纏繞到隔離觸頭或母排連接部位。但是光纖測(cè)溫反映的是一段光纖內(nèi)的溫度。一般分辨率都是以米為單位，所以一個(gè)溫度采集點(diǎn)要繞很多圈，施工不方便。一般柜內(nèi)需要監(jiān)測(cè)多個(gè)位置的溫度，所以光纖數(shù)量會(huì)比較多，在柜內(nèi)布線難度較大。同時(shí)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)價(jià)格昂貴，設(shè)備復(fù)雜，這使其實(shí)用性大大降低。

（3）有源無(wú)線測(cè)溫方式：采用一次性鋰亞電池或小CT取能給傳感器供電，再將傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)RF技術(shù)發(fā)出，這也是筆者所在公司前幾年開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的主要方案。該方案實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，但是由于使用了電池和電子元器件，都會(huì)遇到使用壽命的問(wèn)題，所以后期更換維護(hù)工作非常大。小CT取能供電方式安裝非常不方便，而且不利于傳感器的小型化及安裝，因而缺乏普遍適應(yīng)性。

2 采用聲表面波技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)

上述監(jiān)測(cè)方法在高壓開(kāi)關(guān)柜的測(cè)溫上存在一定的局限性，針對(duì)這些缺點(diǎn)，我們公司升級(jí)了原有的技術(shù)方案，采用全新的聲表面波（SAW）技術(shù)進(jìn)行高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。該方案具有無(wú)線無(wú)源的特點(diǎn)，能夠很好地避免上述幾種測(cè)溫方式存在的局限性。

2．1 聲表面波溫度傳感器原理

聲表面波傳感器是一種將SAW技術(shù)與物理、材料、微電子、信號(hào)處理等多門(mén)學(xué)科技術(shù)交叉融合的新型傳感器，聲表面波傳感器的研究始于20世紀(jì)70年代。

首先，閱讀器發(fā)射無(wú)線詢(xún)問(wèn)信號(hào)，壓電晶體基片上的換能器通過(guò)逆壓電效應(yīng)將接收到的無(wú)線詢(xún)問(wèn)信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)后，被左右2個(gè)周期性柵條反射形成諧振。該諧振器的諧振頻率與基片的溫度有關(guān)，而且諧振頻率隨溫度進(jìn)行的改變?cè)谝欢囟确秶鷥?nèi)呈非常線性的關(guān)系，當(dāng)同一個(gè)換能器通過(guò)壓電效應(yīng)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成無(wú)線應(yīng)答信號(hào)輸出后，我們就可以通過(guò)測(cè)量頻率變化得到溫度值。

2．2 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)主要由SAW溫度傳感器、數(shù)據(jù)閱讀器、數(shù)據(jù)傳輸路由器、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站4部分組成。隔離觸頭、母排連接部位等采集點(diǎn)的溫度信息通過(guò)前3部分組件實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站，實(shí)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)柜的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。

2．2．1 SAW 溫度傳感器

前端的SAW溫度傳感器以傳統(tǒng)接觸方式安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)隔離觸頭、母排連接部位等易發(fā)熱區(qū)域。測(cè)溫傳感器和數(shù)據(jù)閱讀器之間通過(guò)無(wú)線射頻方式進(jìn)行通信。采集點(diǎn)的溫度信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)閱讀器上，實(shí)現(xiàn)非接觸溫度測(cè)量。傳感器的外形如圖1所示。

圖1 SAW溫度傳感器

無(wú)源測(cè)溫傳感器的性能指標(biāo)：頻率范圍為428～439MHz；測(cè)溫范圍為－20～120℃；測(cè)量精度為±2．0℃；遙測(cè)距離約為2m。

2．2．2 數(shù)據(jù)閱讀器

數(shù)據(jù)閱讀器翻譯SAW溫度傳感器反射回來(lái)的溫度信號(hào)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，通過(guò)內(nèi)置的ZigBee模塊發(fā)送溫度數(shù)據(jù)給數(shù)據(jù)傳輸路由器。一般一個(gè)數(shù)據(jù)閱讀器可以收集6個(gè)SAW溫度傳感器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)閱讀器的外形如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)閱讀器

2．2．3 數(shù)據(jù)傳輸路由器

數(shù)據(jù)傳輸路由器主要是管理一個(gè)開(kāi)關(guān)柜室內(nèi)所有開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的數(shù)據(jù)閱讀器上傳過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，它和多個(gè)數(shù)據(jù)閱讀器之間構(gòu)成一個(gè)ZigBee通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊網(wǎng)絡(luò)采用Mesh拓?fù)洌哂凶越M網(wǎng)、自愈性、多跳等優(yōu)點(diǎn)。最后溫度數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸路由器的10M／100M自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口接入變電站內(nèi)局域網(wǎng)，然后傳輸?shù)椒?wù)器上的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站。

2．2．4 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站

數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)軟件主要實(shí)現(xiàn)以變電站、開(kāi)關(guān)柜號(hào)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息為節(jié)點(diǎn)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)的溫度數(shù)據(jù)列表展現(xiàn)功能，采集的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)多相溫度數(shù)據(jù)曲線對(duì)比展現(xiàn)功能及監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)分析功能。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站是多個(gè)變電站開(kāi)關(guān)柜匯總的集中處理單元。

2．3 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)主站特點(diǎn)

系統(tǒng)分析模塊主要實(shí)現(xiàn)了溫度告警功能、溫度數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)功能等，實(shí)時(shí)記錄每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度變化過(guò)程，發(fā)出故障報(bào)警后能通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析處理。

溫度告警分三級(jí)告警模式：第一級(jí)告警，說(shuō)明該監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要注意，加強(qiáng)關(guān)注；第二級(jí)告警，說(shuō)明監(jiān)測(cè)點(diǎn)有一定的潛在危險(xiǎn)，提供相應(yīng)的預(yù)警；第三級(jí)告警，屬于故障報(bào)警，說(shuō)明該故障必須立即處理。告警又分為超溫告警、溫升趨勢(shì)告警、三相不平衡告警、溫度躍遷告警。

溫度數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)部分對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的溫度場(chǎng)分析、溫升趨勢(shì)分析、歷史資料分析和統(tǒng)計(jì)。溫度場(chǎng)分析列出了沿著開(kāi)關(guān)柜電流走向的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線展現(xiàn)分析出設(shè)備過(guò)熱的部位。溫升趨勢(shì)分析針對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)溫升趨勢(shì)，確定可能出現(xiàn)過(guò)熱故障的部位，提供設(shè)備的維修依據(jù)。歷史資料分析和統(tǒng)計(jì)保存所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度的歷史數(shù)據(jù)、分析結(jié)果數(shù)據(jù)以及告警信息。

3 結(jié)語(yǔ)

采用聲表面波技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)是我們公司在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品中的一個(gè)升級(jí)產(chǎn)品，它繼承了原來(lái)我們采用RF有源方式的監(jiān)測(cè)技術(shù)積累，較好地解決了供電問(wèn)題、體積問(wèn)題、安裝維護(hù)問(wèn)題，適用于各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)柜，已經(jīng)在多個(gè)省份的智能變電站改造中投入使用。系統(tǒng)可以免維護(hù)地實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)隔離觸頭、母排連接等重要部位的溫度狀況，并通過(guò)后臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)建的分析模塊實(shí)現(xiàn)溫度告警和溫度數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)等功能，目前運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能較好地提高開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行的可靠性。

［1］王斌，李靖，季洪獻(xiàn)．采用無(wú)線RF技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)［J］．浙江電力，2009（3）

［2］龔貽文，譚冰，劉文．聲表面波無(wú)線無(wú)源溫度傳感系統(tǒng)［J］．電氣技術(shù)，2010（11）

［3］霍富強(qiáng)，雷振鋒，路進(jìn)升．環(huán)網(wǎng)柜無(wú)源無(wú)線測(cè)溫管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．科學(xué)技術(shù)與工程，2013（25）