無源供電無線測溫系統的研究應用

摘要：無源供電無線測溫在線監測系統是一種基于聲表面波技術的測溫技術，在變電站監測方面得到了很好的技術實踐應用。本文對無源供電無線測溫在線監測系統研究應用進行分析研究。

在電力系統設備在長期的運行中，往往容易產生老化或過熱現象，這些現象如果沒有及時發現和解決，可能會造成嚴重的事故。而對于變電站設備的維護和監控，往往由于地理位置偏遠，管理人員不能面面俱到，巡檢和維護的難度較大。因此，通過自動化來實現遠程監控和預警系統就變得很需要，也成了管理人員的重要手段。無源供電無線測溫在線監測系統提出了一種基于聲表面波的新的測溫技術。

1、無源供電無線測溫在線監測系統的應用意義

（1）實現設備運行溫度實時監測

無源供電無線測溫在線監測系統為消除電網因開關柜因過熱帶來的安全運行隱患提供了技術手段，解除由此造成經濟危害和社會損失的可能。

（2）輔助實現設備的狀態檢修

傳統的檢修模式，對于設備故障的維護，往往是通過定期的巡檢來發現和解決，特別是對于偏遠地區的維護時間和周期較長，往往不能及時解決。通過建立在線監測系統，可以對設備的狀態進行實施監控和預警，更新了變電站的設備的維護模式，將更加保障設備安全穩定運行。

（3）為科學調度提供參考依據

建立溫度與負荷的關聯分析模型，根據負荷情況預測溫度變化趨勢，為負荷控制提供決策依據。電力設備的狀況可能會對整個電網的情況造成較大影響，并且能反映出電網的運行情況和負荷等。因此，對電力設備狀況的研究和監控，將有助于電力系統的整體運行和輔助決策。

2、善于無源供電無線測溫在線監測系統

（1）系統組成

在線監測系統主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監控應用系統組成。溫度采集器的作用是進行變電站設備刀閘、開關等接觸點的溫度采集，溫度采集器根據需要布置在多個點位上。溫度傳感器將多個開關柜的多個點采集到的溫度數據進行匯總，并將數據通過無線網絡傳輸到測溫主控終端，在測溫主控終端上再通過監控應用系統進行數據的存儲、統計、分析和預警等應用。

（2）溫度傳感器

溫度傳感器是通過聲表面波原理，在設備表面接受到信號后，利用材料的物理特性將信號轉換成電信號。通過安裝在設備表面的溫度采集器進行溫度數據的采集和溫度傳感器的反射波的接收，可以獲得連續的、穩定的實時溫度數據，為下一步的數據分析提供原始數據。

（3）溫度采集器

溫度采集器和溫度傳感器是對應的，溫度采集器負責發射射頻信號，溫度傳感器通過無線通信負責處理該信號，并上傳到主控終端。

溫度采集器的發射頻率為 428~439MHz，發射信號為單頻信號，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，轉換成可以識別的電信號，從而獲得溫度參數。

（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測系統的核心設備，主控終端是對采集到的數據的后期處理，包括數據存儲、數據分析和數據統計、溫度告警、數據轉發、參數設置及協議轉換。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。根據設定的參數，分析溫度信息以確定是否產生告警信息；上行與主站系統的通訊采用 RS485接口，并按照一定的規約，以實現數據的傳輸。

（5）監控應用系統

監測系統的應用包括系統的設備參數設定、溫度信息的獲取和數據的分析應用和系統預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統自動化系統中，作為一個模塊作為應用，也可以作為一套獨立的系統，用于溫度的監測和預警。這些功能都將對多臺電力設備的狀況監測一體化，有助于設備管理人員了解分析狀況，保證設備的正常運作。

（6）系統功能設計

1.溫度顯示。對于設備各點的溫度實時顯示，溫度的發展趨勢和曲線，查看分析歷史記錄，該顯示可以通過電力系統 SCADA系統中實現，也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。

2.報警功能。報警功能是通過測溫主控終端的設定，按照現場管理需求，對溫度界限、絕對值等進行管理，在溫度超過設定值，進行預警，預警的方式包括主控終端蜂鳴預警、指示燈閃爍預警和短信息預警等。

3.設備參數設定。設備參數的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發射和接受信號的頻率設定以及系統時間等功能。

4.綜合分析。綜合分析功能是對設備的溫度進行故障分析、歷史趨勢分析以及數據進行統計應用等應用功能，專家系統將為管理者提供設備故障分析結果，供參考和輔助決策。

5.遠程維護。系統的遠程維護功能是對系統的故障數據分析統計結果的基礎上，實現的遠程運行維護，可以對設備的初始化、重啟以及系統升級等。

（7）通信方式

溫度采集器：通過無線方式采集開關柜內一組傳感器的溫度數據，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行通信的場所，提供所有站內溫度采集裝置與本地主站系統或遠程監控系統的統一的通信接口及協議轉換。

站內各溫度采集器、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行數據交換，變電站內無需布線。

3、應用場景

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

4、系統硬件配置

溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

5、結語

無線溫度傳感裝置及配套管理系統，溫度測量傳感器無需供電，從而減少了日常檢測維護成本。該配套管理系統提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、日常溫度監測、設備狀態評估等功能，避免重大因溫度導致的故障的發生。系統的研究和實施產生了良好的經濟效益和社會效益，具有一定的推廣前景。

伴隨著大機組、大容量和高電壓的迅速發展，電氣設備的運行條件變得更加苛刻，隨之帶來設備故障率逐漸增加，排除故障時間越來越長，造成的經濟損失也越來越大。據統計，近年來電力系統發生的事故中有相當一部分與電氣設備的發熱問題有關，因此，對電氣設備溫度的監測顯得尤為重要。高壓電氣設備溫度監測點都處于高電壓、大電流、強磁場的環境中，甚至有的監測點還處在密閉的空間中，由于強電磁噪聲和高壓絕緣、空間的限制等問題，傳統的溫度測量方法無法適應。所以，對電力設備運行狀態在線監測、故障診斷和及時維修受到人們的高度重視。

１電氣設備無線測溫的必要性

發電廠（變電站）的開關柜、母線接頭、室外刀閘開關等都是重要的設備，在長期運行過程中，開關的觸點和母線連接等部位會因老化導致接觸電阻過大而發熱，而這些發熱部位的溫度很難監測，最終導致事故發生。而封閉式開關柜體在運行中禁止打開，因此難以測量運行中柜內接（觸）頭的實際溫度，如不及時發現并處理接（觸）頭過熱性缺陷，會嚴重威脅電力安全生產。

而采用無線溫度監測技術，可通過上位機軟件記錄高壓設備實時運行溫度，在數據庫中長期保存，實時顯示監測點的溫度變化曲線，并進行分析，一旦發現溫度過高或急劇升溫至事先設置的報警溫度值則立即報警，為高壓電氣設備的維修提供累積數據，實現高壓電氣設備熱故障的預知維修。

2無線測溫技術的優勢

由于高壓電力設備的高電壓、密閉性、不間斷運行等特點，其溫度測量方式與普通的溫度測量方式不同。無線測溫系統具有配置靈活、運行穩定、抗干擾能力強、功耗低等特點。該系統主要采用短程無線組網方式，多個測溫終端分布在無線匯聚終端的周圍，在有效的通信范圍內可以隨意添加、刪除、移動測溫終端。運行人員可在主控室對多種惡劣環境條件下的電氣設備溫度變化情況進行遠程在線監測預警，從而全面及時掌握電氣設備運行狀況。另外，無線測溫系統后臺可以電子地圖的形式顯示整個溫度場的分布，可清晰發現溫度異常點，判定故障隱患，進而提前采取措施，避免事故的發生。

因為傳統的測溫方式要么就是需要人為干預，要么就是造價高、周期長、不便管理并且存在局限性,所以配電溫度監測系統的性價比高并且實時性強，鑒于它能夠滿足人們更多的需求所以會成為監測高壓環境中監測溫度的一種重要手段。

3無線測溫技術的應用

無線測溫系統由無線測溫終端、無線監控終端、無線 測溫集中器、DTU（數據傳輸單元）和上層溫度監測中心構成，如圖１所示。無線測溫終端負責對高壓開關柜內的溫度進行采集； 無線監控終端負責顯示及發送溫度實時數據；無線測溫集中器負責接收、處理數據，并通過 RS-485總線將數據傳輸至DTU；DTU負責將串口數據轉換為IP數據進行傳輸；溫度監測中心負責對溫度數據進行顯示、存儲、分析與報警。該系統能夠實現對發電廠（變電站）內多個高壓電氣設備動、靜觸頭，以及接頭和母排等部位運行溫度的集中有效監測，進而大大提高高壓電氣設備的運行可靠性，有效地防止電氣設備火災的發生。

4應用場所

適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。

5系統結構

溫度在線監測系統結構圖

6系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

審核編輯：湯梓紅