摘 要：為了避免輸送電力資源的設(shè)備，如傳輸線纜、變壓器、高壓開關(guān)等由于連接部分過熱而發(fā)生損壞事故，研制了一種無線測溫系統(tǒng)，用于檢測高壓設(shè)備器件的運行情況，及時消除安全隱患。

關(guān)鍵詞：無線測溫系統(tǒng);高壓電氣設(shè)備;溫度傳感器;無線溫度檢測器

0 引言

近年來隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用的電力負荷也隨之加重，經(jīng)常會發(fā)生因負載過多而導(dǎo)致電路設(shè)備燒毀的情況，對企業(yè)造成不小的財產(chǎn)損失。為有效檢測設(shè)備運行時的溫度變化狀況，研制了一種無線測溫系統(tǒng)，利用溫度傳感器與無線傳輸系統(tǒng)相結(jié)合的方法，達到實時監(jiān)測設(shè)備溫度變化的目的。

1 無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無線測溫系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是實時監(jiān)測溫度的硬件結(jié)構(gòu)，即溫度傳感器，另一部分是傳輸并顯示檢測結(jié)果的結(jié)構(gòu)，本研究將其集成在溫度檢測器中。溫度傳感器一般位于高壓開關(guān)柜、電纜接頭、保險絲等接口處，為保證測量精度，傳感器與被測點一般處于同一電位，然后通過無線傳輸技術(shù)將所得數(shù)據(jù)傳輸并顯示到控制分析器件中。為保證該測溫系統(tǒng)的用電安全，高壓工作部分與低壓工作部分應(yīng)實現(xiàn)電氣隔離，以免發(fā)生漏電等事故。溫度接收裝置一般安裝在工作器件的外表面，并設(shè)置有多個通道，以實現(xiàn)對多個位置的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，之后將接收器收到的數(shù)據(jù)通過串口或者并口數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接嬎銠C中，由事先編輯好的程序進行分析和處理。

1.1? ? 溫度傳感器

溫度傳感器的主要功能是將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺Ｓ玫挠蠵t100熱電偶傳感器，測量精度為0.1 ℃。無線溫度傳感器除溫度檢測元件外，還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路以及一定頻率下的無線通信電路，溫度傳感器要與被測物體表面緊密接觸。為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境，無線溫度傳感器通常要用高溫高壓的熱縮管進行封裝，還要具備一定的防水防塵能力，以滿足長時間工作需求。由于無線溫度檢測系統(tǒng)的工作空間一般都比較小，因此在封裝時應(yīng)盡量減小其體積，以適應(yīng)工作環(huán)境。

在使用溫度傳感器時，可利用耐高溫的尼龍絲或粘貼的方法將已經(jīng)封裝好的溫度檢測器固定于物體表面，但要注意保持接觸的緊密度，以減少測量誤差。溫度傳感器應(yīng)有比較寬的線性工作范圍，一般選擇-55～130 ℃的傳感器，對于不同的工作環(huán)境，應(yīng)根據(jù)精度和誤差要求進行選擇。

1.2? ? 無線溫度檢測器

無線溫度檢測器有多個接收通道，可同時對來自多個位置的測量數(shù)據(jù)進行處理并顯示。檢測器中設(shè)置有閾值判定模塊和故障處理模塊，工作人員事先設(shè)定一個安全范圍，檢測器在接收到數(shù)據(jù)之后與設(shè)定閾值進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)溫度高于閾值就轉(zhuǎn)入故障處理模塊，檢測器顯示屏上會輸出警告字樣，同時輸出一系列高低電平以驅(qū)動報警指示燈和音響工作。

除具有基本的分析報警功能之外，無線溫度檢測器還具有信息傳輸功能，在實際應(yīng)用中可通過數(shù)據(jù)線或者串/并口通信芯片與計算機進行連接，工作人員可實現(xiàn)遠程在線監(jiān)控，同時分析多個開關(guān)和接觸點的工作情況，及時排查安全隱患。

1.3? ? 實時溫度檢測軟件系統(tǒng)

為降低工作人員的工作量，技術(shù)人員設(shè)計開發(fā)了與上述無線溫度檢測系統(tǒng)相匹配的實時溫度檢測軟件，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理。該軟件安裝于與無線溫度檢測系統(tǒng)相連接的計算機上，具備溫度顯示功能、數(shù)據(jù)存儲功能、歷史數(shù)據(jù)分析對比功能、故障警示功能和設(shè)備運行狀態(tài)分析功能，可以幫助技術(shù)人員處理海量數(shù)據(jù)，提煉有用信息，對各個設(shè)備溫度的變化情況進行對比和分析，及時匯報異常狀態(tài)，保證各個設(shè)備的安全運行。同時，該軟件還具有強大的數(shù)學(xué)計算功能和可視化能力，可以將一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)以曲線圖的方式展示，并標(biāo)注其中的異常點，提醒維修人員檢查。

2 無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢及適用范圍

無線測溫系統(tǒng)的通信頻段一般設(shè)置為2.3～2.5 GHz，處于高頻波段，抗干擾能力強。通信技術(shù)選擇ZigBee技術(shù)，適用于短距離通信，使用復(fù)雜度較低，具有低功耗、低成本的優(yōu)點，實時處理能力強。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體積較小，便于安裝和使用，內(nèi)部采用鋰電池供電，使用壽命長。傳感器使用二進制編碼，處理分析方便。

溫度傳感器在使用時應(yīng)用無線傳輸技術(shù)，不需外接數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)安全性能高，漏電風(fēng)險小。由于溫度傳感器在信息傳輸時不需要使用外部數(shù)據(jù)線，因此不會受到溫度、濕度、灰塵、振動等的影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強。溫度傳感器與計算機連接并通過計算機中的軟件對檢測數(shù)據(jù)進行處理和分析，具有良好的實時性，同時還可節(jié)省人力資源，提高工作效率。與傳統(tǒng)的紅外測溫傳感器相比，本研究提出的無線測溫系統(tǒng)不需要人工進行操作，受周圍環(huán)境、設(shè)備構(gòu)造的影響比較小，測量精度比較高。

目前研制的無線測溫系統(tǒng)工作范圍為35 kV以下高壓開關(guān)、繼電器以及多種接觸點，地下電纜的最高檢測電壓為110 kV，在使用時要注意工作電壓的限制。

3 無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用實例

無線測溫系統(tǒng)繼研發(fā)以來，受到了廣大生產(chǎn)企業(yè)的青睞，應(yīng)用十分廣泛，英美等發(fā)達國家對這方面的研究起步較早，我國雖然研發(fā)較晚，但也取得了一系列成果，尤其是近幾年發(fā)展十分迅速。

高壓開關(guān)柜即電路中的斷電保護器，主要應(yīng)用于高壓傳輸設(shè)備中的發(fā)電設(shè)備、傳輸線纜、配電器、變壓器以及大功率負載中。其中的觸頭和接點通常是固定封裝，位置比較隱秘，使用時間較長會發(fā)生氧化損壞、接口松動等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致開關(guān)柜的電阻增大，在使用過程中產(chǎn)生熱量增多，使得金屬膨脹、氧化，電阻進一步增大，久而久之形成惡性循環(huán)。使用人工方法進行溫度檢測無法得到實時信息，不能及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故隱患，可能會釀成安全事故。為解決因高壓開關(guān)柜溫度檢測不及時而帶來的安全隱患，河北宣化鋼鐵集團在其旗下子公司一變電站成功引入了無限溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對變電站高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點和電纜接頭溫度的實時連續(xù)監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)溫度過熱情況并進行處理，避免了多起事故的發(fā)生。

某化工集團自備發(fā)電廠中分別配備有功率為30 MW、60 MW和13.5 MW的發(fā)電機組，數(shù)量在1～3臺不等，主要功能是為工廠供水、供電、供暖。近幾年來工廠用電需求逐漸增多，電氣設(shè)備也進行了一定的改造，用電負荷日益增大。5年前該工廠在檢修時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組接線部分由于過熱而發(fā)生了一定程度的損壞，安全隱患很高，因此工廠引入了無線測溫系統(tǒng)，并將溫度傳感器處理系統(tǒng)與計算機后臺連接，工作人員可以及時全面掌握設(shè)備運行情況，排除安全隱患。

4 結(jié)語

無線測溫系統(tǒng)由溫度傳感器、通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成，并通過數(shù)據(jù)線或者通信芯片與上級計算機連接，可以實現(xiàn)對多個高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測預(yù)處理，幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證生產(chǎn)設(shè)備的安全性能。無線傳輸技術(shù)無需使用外部電線，可以有效減少傳輸過程中的電容耦合和電感耦合，實現(xiàn)高壓環(huán)境檢測設(shè)備與次級處理設(shè)備之間的電氣隔離，具有較高的安全性能，在高壓電氣設(shè)備安全檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2020-01-10

作者簡介：郭東（1983—），男，山東日照人，工程師，主要負責(zé)現(xiàn)場電氣及自動化設(shè)備的維護、改造工作。