無源供電無線測溫系統(tǒng)的研究應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)是一種基于聲表面波技術(shù)的測溫技術(shù)，在變電站監(jiān)測方面得到了很好的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用。本文對無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)研究應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

   關(guān)鍵詞：設(shè)備檢測；無線測溫

   在電力系統(tǒng)設(shè)備在長期的運(yùn)行中，往往容易產(chǎn)生老化或過熱現(xiàn)象，這些現(xiàn)象如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，可能會造成嚴(yán)重的事故。而對于變電站設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)控，往往由于地理位置偏遠(yuǎn)，管理人員不能面面俱到，巡檢和維護(hù)的難度較大。因此，通過自動(dòng)化來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)就變得很需要，也成了管理人員的重要手段。無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)提出了一種基于聲表面波的新的測溫技術(shù)。

1、無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用意義

（1）實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測

   無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)為消除電網(wǎng)因開關(guān)柜因過熱帶來的安全運(yùn)行隱患提供了技術(shù)手段，解除由此造成經(jīng)濟(jì)危害和社會損失的可能。

（2）輔助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修

   傳統(tǒng)的檢修模式，對于設(shè)備故障的維護(hù)，往往是通過定期的巡檢來發(fā)現(xiàn)和解決，特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的維護(hù)時(shí)間和周期較長，往往不能及時(shí)解決。通過建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警，更新了變電站的設(shè)備的維護(hù)模式，將更加保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）為科學(xué)調(diào)度提供參考依據(jù)

   建立溫度與負(fù)荷的關(guān)聯(lián)分析模型，根據(jù)負(fù)荷情況預(yù)測溫度變化趨勢，為負(fù)荷控制提供決策依據(jù)。電力設(shè)備的狀況可能會對整個(gè)電網(wǎng)的情況造成較大影響，并且能反映出電網(wǎng)的運(yùn)行情況和負(fù)荷等。因此，對電力設(shè)備狀況的研究和監(jiān)控，將有助于電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行和輔助決策。

2、善于無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)組成

   在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)組成。溫度采集器的作用是進(jìn)行變電站設(shè)備刀閘、開關(guān)等接觸點(diǎn)的溫度采集，溫度采集器根據(jù)需要布置在多個(gè)點(diǎn)位上。溫度傳感器將多個(gè)開關(guān)柜的多個(gè)點(diǎn)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綔y溫主控終端，在測溫主控終端上再通過監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警等應(yīng)用。

（2）溫度傳感器

   溫度傳感器是通過聲表面波原理，在設(shè)備表面接受到信號后，利用材料的物理特性將信號轉(zhuǎn)換成電信號。通過安裝在設(shè)備表面的溫度采集器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和溫度傳感器的反射波的接收，可以獲得連續(xù)的、穩(wěn)定的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，為下一步的數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。

（3）溫度采集器

   溫度采集器和溫度傳感器是對應(yīng)的，溫度采集器負(fù)責(zé)發(fā)射射頻信號，溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號，并上傳到主控終端。

   溫度采集器的發(fā)射頻率為 428~439MHz，發(fā)射信號為單頻信號，不同的頻率代表不同的信號。信號接收后，通過信號的放大、濾波等處理后，轉(zhuǎn)換成可以識別的電信號，從而獲得溫度參數(shù)。

（4）測溫主控終端

   測溫主控終端是無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心設(shè)備，主控終端是對采集到的數(shù)據(jù)的后期處理，包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、溫度告警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)設(shè)置及協(xié)議轉(zhuǎn)換。下行通過CAN總線或無線方式與溫度采集器連接，獲得所連接傳感器的溫度信息。根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，分析溫度信息以確定是否產(chǎn)生告警信息；上行與主站系統(tǒng)的通訊采用 RS485接口，并按照一定的規(guī)約，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

（5）監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)

   監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用包括系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)設(shè)定、溫度信息的獲取和數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用和系統(tǒng)預(yù)警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，作為一個(gè)模塊作為應(yīng)用，也可以作為一套獨(dú)立的系統(tǒng)，用于溫度的監(jiān)測和預(yù)警。這些功能都將對多臺電力設(shè)備的狀況監(jiān)測一體化，有助于設(shè)備管理人員了解分析狀況，保證設(shè)備的正常運(yùn)作。

（6）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

         1.溫度顯示。對于設(shè)備各點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)顯示，溫度的發(fā)展趨勢和曲線，查看分析歷史記錄，該顯示可以通過電力系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。

         2.報(bào)警功能。報(bào)警功能是通過測溫主控終端的設(shè)定，按照現(xiàn)場管理需求，對溫度界限、絕對值等進(jìn)行管理，在溫度超過設(shè)定值，進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警的方式包括主控終端蜂鳴預(yù)警、指示燈閃爍預(yù)警和短信息預(yù)警等。

         3.設(shè)備參數(shù)設(shè)定。設(shè)備參數(shù)的設(shè)定包括對傳感器溫度校準(zhǔn)、預(yù)警溫度設(shè)定、發(fā)射和接受信號的頻率設(shè)定以及系統(tǒng)時(shí)間等功能。

         4.綜合分析。綜合分析功能是對設(shè)備的溫度進(jìn)行故障分析、歷史趨勢分析以及數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)應(yīng)用等應(yīng)用功能，專家系統(tǒng)將為管理者提供設(shè)備故障分析結(jié)果，供參考和輔助決策。

         5.遠(yuǎn)程維護(hù)。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)功能是對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)，可以對設(shè)備的初始化、重啟以及系統(tǒng)升級等。

（7）通信方式

   溫度采集器：通過無線方式采集開關(guān)柜內(nèi)一組傳感器的溫度數(shù)據(jù)，其安裝位置沒有特別的要求，以方便取電、走線為原則，如開關(guān)柜的儀表室。

   測溫主控終端：安裝在變電站主控室或其他方便與采集器進(jìn)行通信的場所，提供所有站內(nèi)溫度采集裝置與本地主站系統(tǒng)或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一的通信接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

   站內(nèi)各溫度采集器、測溫主控終端均配置無線通信模塊，它們通過無線通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，變電站內(nèi)無需布線。

3、應(yīng)用場景

   電氣接點(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

4、系統(tǒng)硬件配置

   溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5、結(jié)語

   無線溫度傳感裝置及配套管理系統(tǒng)，溫度測量傳感器無需供電，從而減少了日常檢測維護(hù)成本。該配套管理系統(tǒng)提供溫度異常告警、實(shí)時(shí)設(shè)備溫度采集、日常溫度監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)評估等功能，避免重大因溫度導(dǎo)致的故障的發(fā)生。系統(tǒng)的研究和實(shí)施產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有一定的推廣前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]亓振新,劉曉艷,許強(qiáng),張斌,呂勝軍,朱曉陽,崔東海,徐繼凱,無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)研究應(yīng)用。

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05版。