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的測溫技術，在變電站監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)研究應用進行分析研究。

在電力系統(tǒng)設備在長期的運行中，往往容易產(chǎn)生老化或過熱現(xiàn)象，這些現(xiàn)象如果沒有及時發(fā)現(xiàn)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(jiān)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(xiàn)遠程監(jiān)控和預警系統(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。

1、無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應用意義

（1）實現(xiàn)設備運行溫度實時監(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(jīng)濟危害和社會損失的可能。

（2）輔助實現(xiàn)設備的狀態(tài)檢修

傳統(tǒng)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(fā)現(xiàn)和解決，特別是對于偏遠地區(qū)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(jiān)測系統(tǒng)，可以對設備的狀態(tài)進行實施監(jiān)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(wěn)定運行。

（3）為科學調(diào)度提供參考依據(jù)

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

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)控應用系統(tǒng)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(jù)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(shù)據(jù)進行匯總，并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)綔y溫主控終端，在測溫主控終端上再通過監(jiān)控應用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)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(zhuǎn)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(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)定的實時溫度數(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的，溫度采集器負責發(fā)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(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、溫度告警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)設置及協(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，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

（5）監(jiān)控應用系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)的應用包括系統(tǒng)的設備參數(shù)設定、溫度信息的獲取和數(shù)據(jù)的分析應用和系統(tǒng)預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)中，作為一個模塊作為應用，也可以作為一套獨立的系統(tǒng)，用于溫度的監(jiān)測和預警。這些功能都將對多臺電力設備的狀況監(jiān)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(tǒng)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(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)中實現(xiàn)，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(xiàn)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(shù)設定。設備參數(shù)的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發(fā)射和接受信號的頻率設定以及系統(tǒng)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(shù)據(jù)進行統(tǒng)計應用等應用功能，專家系統(tǒng)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(tǒng)的遠程維護功能是對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計結果的基礎上，實現(xiàn)的遠程運行維護，可以對設備的初始化、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(nèi)溫度采集裝置與本地主站系統(tǒng)或遠程監(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行數(shù)據(jù)交換，變電站內(nèi)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(nèi)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(jiān)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(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

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(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5、結語

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成本。該配套管理系統(tǒng)提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、日常溫度監(jiān)測、設備狀態(tài)評估等功能，避免重大因溫度導致的故障的發(fā)生。系統(tǒng)的研究和實施產(chǎn)生了良好的經(jīng)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(fā)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(jīng)濟損失也越來越大。據(jù)統(tǒng)計，近年來電力系統(tǒng)發(fā)生的事故中有相當一部分與電氣設備的發(fā)熱問題有關，因此，對電氣設備溫度的監(jiān)測顯得尤為重要。高壓電氣設備溫度監(jiān)測點都處于高電壓、大電流、強磁場的環(huán)境中，甚至有的監(jiān)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(tǒng)的溫度測量方法無法適應。所以，對電力設備運行狀態(tài)在線監(jiān)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(fā)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(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度很難監(jiān)測，最終導致事故發(fā)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(nèi)接（觸）頭的實際溫度，如不及時發(fā)現(xiàn)并處理接（觸）頭過熱性缺陷，會嚴重威脅電力安全生產(chǎn)。

而采用無線溫度監(jiān)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(shù)據(jù)庫中長期保存，實時顯示監(jiān)測點的溫度變化曲線，并進行分析，一旦發(fā)現(xiàn)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)高壓電氣設備熱故障的預知維修。

2無線測溫技術的優(yōu)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(tǒng)具有配置靈活、運行穩(wěn)定、抗干擾能力強、功耗低等特點。該系統(tǒng)主要采用短程無線組網(wǎng)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(nèi)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(huán)境條件下的電氣設備溫度變化情況進行遠程在線監(jiān)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(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(fā)生。

因為傳統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測高壓環(huán)境中監(jiān)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(tǒng)由無線測溫終端、無線監(jiān)控終端、無線 測溫集中器、DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）和上層溫度監(jiān)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(nèi)的溫度進行采集； 無線監(jiān)控終端負責顯示及發(fā)送溫度實時數(shù)據(jù)；無線測溫集中器負責接收、處理數(shù)據(jù)，并通過 RS-485總線將數(shù)據(jù)傳輸至DTU；DTU負責將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)進行傳輸；溫度監(jiān)測中心負責對溫度數(shù)據(jù)進行顯示、存儲、分析與報警。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)電廠（變電站）內(nèi)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(jiān)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(fā)生。

4應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

5系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

6系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

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