楊佳樂

摘?要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)美好生活的向往和追求，對(duì)電力需求越來越大，因此電氣設(shè)備在高電壓、大電流的運(yùn)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(cè)，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(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)是保障電氣設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要保障手段之一。

關(guān)鍵詞：溫度測(cè)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(shí)際應(yīng)用中，電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、人工智能等多個(gè)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(yùn)行系統(tǒng)來說，引入溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)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(cè)溫方式及特點(diǎn)

1.采用人工巡檢的方式測(cè)溫

給巡檢人員配備一些必要的測(cè)溫工具，通過人工巡檢測(cè)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(duì)于封閉的開關(guān)柜、母線橋等無法進(jìn)行人工巡檢測(cè)溫，新出的開關(guān)柜母線都加防護(hù)套，使用紅外測(cè)溫槍，也無法準(zhǔn)確測(cè)溫，并且消耗大量人力物力。

2.常規(guī)測(cè)溫方式

常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫方式，需要金屬導(dǎo)線傳輸信號(hào)，絕緣性能不能保證，會(huì)給電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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(hào)，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(diǎn)上，準(zhǔn)確測(cè)量高壓觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜觸點(diǎn)運(yùn)行溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。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(duì)較高。

4.紅外測(cè)溫

紅外測(cè)溫屬于非接觸式測(cè)溫，容易受環(huán)境及周圍電磁場(chǎng)干擾，另外開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹窄，無法安裝紅外測(cè)溫探頭（因?yàn)榧t外探頭必須與被測(cè)物體保持一定的安全距離，并需要正對(duì)被測(cè)量物體的表面），要求被測(cè)量點(diǎn)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(shí)會(huì)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(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(cè)溫裝置由以下部分組成：裝在開關(guān)柜內(nèi)測(cè)試點(diǎn)的SAW傳感器，能無線連接多個(gè)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(dú)的電源供電，并向開關(guān)柜內(nèi)發(fā)射短射頻信號(hào)。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(hào)，并且改變和被動(dòng)地反射脈沖信號(hào)，返回的脈沖信號(hào)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(gè)開關(guān)柜安裝一組（通常是6個(gè)），無源無線溫度傳感器測(cè)量各觸點(diǎn)溫度，這組傳感器溫度監(jiān)測(cè)信息的收發(fā)和管理由一個(gè)讀入采集器統(tǒng)一完成。

不同的應(yīng)用場(chǎng)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(gè)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(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)信息的本地傳輸，由一個(gè)測(cè)溫主控終端統(tǒng)一進(jìn)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(chǔ)和管理。

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

測(cè)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(hào)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(gè)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(jī)制，使得溫度數(shù)據(jù)測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)。

IDT再將表面波的頻率振蕩轉(zhuǎn)化成射頻信號(hào)。此射頻信號(hào)由讀入采集器上的天線收到后進(jìn)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(hào)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(shí)際情況，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以作為電力自動(dòng)化的一個(gè)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(dòng)化系統(tǒng)），也可以單獨(dú)作為一套開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的主站系統(tǒng)。各類運(yùn)行管理人員通過專用網(wǎng)絡(luò)及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)開關(guān)柜溫度情況。