張偉

摘 要 以聲表面波技術(shù)為依托的實(shí)時(shí)溫測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量精度高，設(shè)置簡(jiǎn)便，對(duì)變電站的設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)十分有利。本文闡述了聲表面波技術(shù)與一般溫測(cè)技術(shù)的差別，并分別從系統(tǒng)構(gòu)成，工作原理，具體構(gòu)建以及實(shí)例分析等對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜聲表面波實(shí)時(shí)溫測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】聲表面波技術(shù) 高壓開(kāi)關(guān)柜 實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)

運(yùn)維人員可以通過(guò)眼觀、耳聞等方式掌握設(shè)備的基本情況。但是高壓開(kāi)關(guān)柜作為封閉式設(shè)備，直接觀測(cè)法難以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)部問(wèn)題。尤其是發(fā)熱問(wèn)題屬于設(shè)備的動(dòng)態(tài)發(fā)展問(wèn)題，需要借助一定的發(fā)熱檢測(cè)技術(shù)來(lái)將設(shè)備發(fā)熱遏制在萌芽之中。

1 聲表面波技術(shù)與一般測(cè)溫技術(shù)的比較

高壓開(kāi)關(guān)柜屬于強(qiáng)電設(shè)備，并處于強(qiáng)磁工作環(huán)境下，對(duì)測(cè)溫技術(shù)適用的傳感器的穩(wěn)定性和安全性要求嚴(yán)格。紅外線(xiàn)測(cè)溫、光纖測(cè)溫、CT測(cè)溫等，紅外線(xiàn)測(cè)溫是基于適用于人工巡檢，不利于關(guān)鍵點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)。光纖測(cè)溫受會(huì)收到光纖材料本身長(zhǎng)度的限制，布線(xiàn)復(fù)雜，實(shí)施的難度比較大。CT類(lèi)測(cè)溫傳感器體積比較大，且易因接頭電流發(fā)生燒壞的可能性，因此不適用于高壓開(kāi)關(guān)柜的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)。聲表面波（SAW）技術(shù)所使用的傳感器屬于無(wú)源無(wú)線(xiàn)設(shè)備，能夠保留足夠的安全電氣間隔距離，且質(zhì)輕體小，易于安裝，能夠抵抗高磁的干擾，進(jìn)行穩(wěn)定工作。

2 高壓開(kāi)關(guān)柜聲表面波技術(shù)實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)

2.1 實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理

基于聲表面波技術(shù)的實(shí)施測(cè)溫系統(tǒng)由聲表面波溫度傳感器（SAW溫度傳感器）、數(shù)據(jù)閱讀器、數(shù)據(jù)傳輸路由器以及監(jiān)測(cè)主站組成。SAW溫度傳感器、數(shù)據(jù)閱讀器及數(shù)據(jù)傳輸路由器對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最終上傳至監(jiān)測(cè)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和管理。所謂的聲表面波就是一種沿物體表面進(jìn)行傳播的彈性波。該系統(tǒng)利用SAW技術(shù)與微電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)等結(jié)合，采集高壓開(kāi)關(guān)柜的聲表面波，并結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)的溫度標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行溫測(cè)和告警。

2.2 實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)的具體運(yùn)行

2.2.1 SAW溫度傳感器

SAW溫度傳感器是實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)的主要組件，它由壓電材料（一般為鈮酸鋰材料）、反射柵、叉指換能器等組成。它是單端口諧振型結(jié)構(gòu)，屬于高品質(zhì)因數(shù)、低插入損耗和穩(wěn)定頻率的設(shè)備。溫度傳感器直接安裝于高壓開(kāi)關(guān)柜體內(nèi)部并與需要測(cè)溫的隔離觸頭、母排連接等部位相連。以獲得其表面溫度的準(zhǔn)確信號(hào)。SAW溫度傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)與數(shù)據(jù)閱讀其完成數(shù)據(jù)交互和信號(hào)轉(zhuǎn)化。根據(jù)高壓開(kāi)關(guān)柜的監(jiān)測(cè)需求，每個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)配置6個(gè)溫度傳感器，分別監(jiān)測(cè)上下兩室。根據(jù)數(shù)據(jù)分析規(guī)律來(lái)看，溫度傳感器所返回的頻率值ft與實(shí)測(cè)溫度值Tt呈線(xiàn)性關(guān)系。目前來(lái)講溫度傳感器的測(cè)溫范圍可達(dá)到-25℃±125℃的范圍。溫度差異不超過(guò)2℃。與閱讀器的互為感應(yīng)距離為2～5米。

2.2.2 數(shù)據(jù)閱讀器

數(shù)據(jù)閱讀器向傳感器發(fā)出問(wèn)詢(xún)信號(hào)，形成溫度監(jiān)測(cè)工作流。基于溫度傳感器的單端口諧振結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)閱讀器的信號(hào)發(fā)出與接收均通過(guò)射頻信號(hào)來(lái)完成，工作時(shí)，閱讀器的射頻芯片按照一定的時(shí)序，按照2Mhz的增長(zhǎng)規(guī)格，分別向6個(gè)SAW溫度傳感器發(fā)出430Mhz～440Mhz的問(wèn)詢(xún)信號(hào)，傳感器針對(duì)不同頻率的信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答，從而實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)分組，并判斷發(fā)出射頻信號(hào)的測(cè)點(diǎn)。為了滿(mǎn)足測(cè)點(diǎn)問(wèn)詢(xún)的需求，采取雙芯片的結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并自帶A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這樣單獨(dú)的數(shù)據(jù)閱讀器就可以滿(mǎn)足6個(gè)溫度傳感器的數(shù)據(jù)分析需求。數(shù)據(jù)閱讀器的信號(hào)讀取速度可達(dá)到10ms/次。數(shù)據(jù)閱讀器通過(guò)內(nèi)置的基于 IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議的短距離無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)ZigBee模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸路由器的通訊。

2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸路由器

數(shù)據(jù)傳輸路由器對(duì)數(shù)據(jù)閱讀器的溫測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并可以與多個(gè)閱讀器構(gòu)成ZigBee塊節(jié)點(diǎn)的通訊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該路由節(jié)點(diǎn)方式自愈能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)自由組網(wǎng)。免除了單一節(jié)點(diǎn)損壞而造成的連鎖通訊影響。數(shù)據(jù)傳輸路由器向上與監(jiān)控主站相連，按照10M/100M的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口接入變電監(jiān)測(cè)主系統(tǒng)。

2.2.4 監(jiān)測(cè)主站

所謂的監(jiān)測(cè)主站就是對(duì)SAW溫度傳感器、數(shù)據(jù)閱讀器以及數(shù)據(jù)傳輸路由器所傳遞的溫測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，納入變電監(jiān)測(cè)的總數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)匯總的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖表的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。并按照實(shí)測(cè)溫度與系統(tǒng)中存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)溫度信息進(jìn)行比較后向運(yùn)維管理人員發(fā)出三級(jí)告警信息。監(jiān)測(cè)主站的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)由歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家數(shù)據(jù)庫(kù)、案例數(shù)據(jù)庫(kù)、基本信息數(shù)據(jù)庫(kù)以及實(shí)時(shí)溫變信息數(shù)據(jù)庫(kù)組成。當(dāng)發(fā)生溫變時(shí)，告警信息的緊急程度以警示燈和信息提示框的方式進(jìn)行顯示。一級(jí)告警時(shí)，說(shuō)明該高壓開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部測(cè)點(diǎn)存在溫度升高的可能性；二級(jí)告警時(shí)，說(shuō)明該高壓開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部測(cè)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生溫度升高或者即將達(dá)到升溫標(biāo)準(zhǔn)；三級(jí)告警時(shí)，則表明該測(cè)點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重溫變，必須立刻處理。通過(guò)三級(jí)告警分別實(shí)現(xiàn)溫升趨勢(shì)、超溫警報(bào)、溫度躍遷的監(jiān)測(cè)，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)綜合制定故障排除方案，從而更有效的實(shí)現(xiàn)溫度控制和故障排除。

2.3 聲表面波實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)測(cè)分析

某110KV變電站共有10組高壓開(kāi)關(guān)柜，在其中一柜體內(nèi)安裝一套聲表面波實(shí)時(shí)溫測(cè)系統(tǒng)。并在上線(xiàn)運(yùn)行兩個(gè)月后進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)該溫測(cè)系統(tǒng)能夠有效的監(jiān)控高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)易發(fā)生升溫的部位，并適應(yīng)開(kāi)關(guān)柜強(qiáng)電強(qiáng)磁的工作環(huán)境。期間開(kāi)關(guān)柜的隔離觸頭、母排連接處分別發(fā)生了3次溫度躍遷和2次超溫現(xiàn)象。通過(guò)監(jiān)測(cè)主站的數(shù)據(jù)分析和故障排除方案具體實(shí)施，期間未發(fā)生高壓開(kāi)關(guān)柜嚴(yán)重溫度故障，保障了該變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，應(yīng)用聲表面波技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)時(shí)溫測(cè)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足高壓開(kāi)關(guān)柜的溫測(cè)需求，實(shí)現(xiàn)高精度的溫度監(jiān)測(cè)和快速告警反應(yīng)，從而有效避免局面溫度異常對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜穩(wěn)定運(yùn)行的影響，對(duì)變電站的穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義，可根據(jù)變電站的設(shè)備溫測(cè)需求進(jìn)行推廣使用。

參考文獻(xiàn)

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