浅谈无线测温传感器远程测温技术的研究

时间：2020-09-08

摘要：研究设计基于感应取电方式的电力无线测温系统，测温终端检测到设备温度后，通过采集器汇总处理并利用Zigbee组网传输数据，监控中心通过后台软件可以监视整个高压输配电线路的温度情况，进而作出正确的决策。

关键词：Zigbee;温度传感器;远程测温

0、引言

电力设备安全可靠性是规模输配电和电网安全运行的重要**，随着经济的快速增长，国家电网的供电负荷日益增加，同时也给电网电气设备带来了一系列的安全问题。电网设备中的触头和接头是电网安全的重要隐患，如高压开关设备因高压断路器动、静触头接触不良，加上长期大电流、触头老化等因素易导致接触电阻变大，造成触头温升过高，然后发生高压柜烧毁事故。电缆接头随着运行时间的延长会出现压接头松动、绝缘老化以及局部放电、高压泄漏等问题，从而引起发热和温升，这将使其运行状况进一步恶化，促使温度进一步提升，这一恶性循环的结果就是引发短路放炮，甚至火灾。因此，电力设备安全运行实时监控的实施迫在眉睫。相比常见的示温蜡片法、红外测温仪、光纤测温系统等，电力无线测温系统实时性强、性价比高、安全可靠，利用该方式测量高压环境温度已成为一种趋势。

1、系统实现方式

无线测温终端采用自取电的方式进行供电，采用全数字方式工作，该终端附着在高压电器上，等电位监测设备运行状态。无线测温终端把温度信号通过频段为433MHz的无线方式传送给采集器，采集器可以接收多个测温终端的数据，同时把接收到的数据发送给内置的Zigbee模块，然后进行组网传输，每个采集器就是一个Zigbee节点设备，相邻的节点通过集中器组成一个Zigbee网络，实现与各个节点设备的数据通信以及收集汇总，然后通过GPRS上传给监控中心。为保证Zigbee网络的可靠稳定和实时性，可以在输电线路中组成若干个网络。监控中心可以实时监控每个发热点温度的变化，工作人员足不出户就能掌握整个高压系统的发热状况，进而作出正确的决策。

2、系统组成

无线测温系统旨在解决常规测温手段实时性差、受安装环境限制大、无法实现对封闭设备测温的难题，满足户外输配电线路及无人值守变电站对主要设备温度实时监控的需求。在实际设计中主要需解决以下问题：对主要设备关键部位温度的实时采集，温度信号的传输方式及监控中心后台软件的设计。系统相应的设备包括：

(1)无线测温终端。无线测温终端采用电流互感取电的方式供电，包括温度传感器和测温主机。温度传感器附着在发热点上，并和测温主机通过导线相连接。温度采样后，测温主机把温度数据通过频段为433MHz的无线方式传送给采集器。

(2)采集器。采集器可以同时接收多个测温终端的数据，进行汇总处理，然后把接收到的数据发送给内置的Zigbee模块，进行组网传输，每个采集器就是一个Zigbee网络的节点设备，相邻的节点可以组成一个Zigbee网络，实现与各个节点设备的数据通信，解决了频段为433MHz的无线方式传输数据距离有限的问题，扩大了温度监控的范围。

(3)集中器。由集中器组建成Zigbee网络，对网络中各个节点设备的数据进行汇总，然后通过GPRS把数据上传给监控中心。若输电线路距离很远，可以由若干个集中器把相邻的节点设备各自组成一个Zigbee网络，提高系统温度采样的实时性。

(4)监控中心后台软件。通过配套软件的开发应用，无线测温系统监控端可对采集的数据进行分组编辑定义，实现不同的预警功能;还可以应用软件建立历史温度数据库，为电力系统设备的状态检修提供决策信息，提高决策的正确性。

3、关键技术的实现

无线测温终端的供电方式为感应取电，即将高压输电线路周围感应的电磁能量转化为电能。该终端的取电性能强，无工作盲点。只要有3A以上一次电流就可以让测温主机正常工作。取电感应线圈采用特殊的软磁合金材料，产热很小，在5000A的大电流下对检测点没有任何影响，不同于传统硅钢片，取电能量高，产热很严重，会升高检测点的温度。对于感应取电方式的监测模块往往存在模块本身在大电流情况下产热严重的问题，喉箍式双模测温终端通过对材料和结构的改进，完全避免了该现象。通过以上措施，保证无线测温终端稳定可靠，抗干扰性强。

无线测温终端通过433MHz的无线信号把温度信息传给采集器，采集器可以同时接收多个无线测温终端的温度信息，但由于是无线信号，无法把温度信息直接传输给监控中心，若每个采集器都加装一个GPRS模块，成本会比较高，同时也增加了系统的复杂程度。因此，为简化系统，同时保证数据可靠实时传输，采用了Zigbee的物联网技术。Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，具有结构简单、使用方便、工作可靠、价格低的特点。它是一个由可多到65000个无线数传模块组成的无线数传网络平台，每个Zigbee网络数传模块之间都可以相互通信。正是由于这些特点，在采集器中内置了Zigbee模块，使之成为一个Zigbee节点设备，集中器把相邻的采集器组成网络，进行温度数据传输及汇总，然后通过GPRS上传给监控中心。这样一来，可以大大减少GPRS模块的装配数量，地降低了成本。在长距离的输配电线路中，为保证数据传输的实时性、可靠性，可以组建若干个Zigbee网络。这样就保证了在户外环境恶劣的条件下，无线测温终端的温度数据也得到便捷的传输，增加了系统的灵活性、可靠性。

4、系统特点

(1)测温终端采用分体设计。温度传感器与测温主机采用分体设计，温度传感器与测温主机之间通过带屏蔽、抗高温老化线连接，传感器位于高温区，而测温主机远离高温区。另外，测温主机与所连接母排或导线间有一定的缝隙，地阻隔了热传导，**测温主机工作在正常温度，提高了设备运行的可靠性。

(2)组网灵活，范围广。通过Zigbee技术，把相邻的各个节点设备组成小网络;通过GPRS移动通信网将各个小网络的节点数据上传到监控中心，可以组成大范围的远方温度监测网络。

(3)可靠性高。系统处于高电压环境中，具备高度的可靠性和安全性，**了监控人员及监测系统、电力设备的安全。

(4)结构合理。由于电力系统中设备运行环境复杂，合理的结构设计**了设备安装适用不同的环境。选用器件集成度高，功耗低，可靠性高。多层屏蔽技术抗干扰能力强，软件辅助纠错保证了数据采集准确、传输可靠。

5、安科瑞测温产品介绍

a.电池供电型无线温度传感器

安装于发热部位，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

目前无线温度传感器有三款：

b.CT感应取电无线温度传感器

安装于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

目前无线温度传感器有两款：

安科瑞无线测温就地显示配置：

ASD300/320智能操控装置可连接12路无线温度传感器，ARTM-Pn无线测温装置可以连接18路无线温度传感器，无源(CT取电)方式为ATE300(捆绑式安装)，有源(电池供电)方式为ATE100(螺栓式安装，主要用于电缆/铜排等螺丝固定的搭接点)和ATE200(表带式，主要用于断路器触头等接点捆绑安装，因安装较ATE100更方便，电缆/铜排等搭接点也常选用)。

图1无线测温带操显功能(就地显示)

Acrel-2000T/B无线测温壁挂式监控设备，内存4G,硬盘128G,以太网口，显示器12寸，分辨率800*600，可选Web平台/App服务器，柜体尺寸480*420*200(单位mm)，配置IPAD,安装ACREL-2000/T软件。就地实时显示温度分布以及报警等详细参数。

图2无线测温采集设备配置方案

6、结语

无线远程测温系统可以实时监测输配电线路各个发热点的温度情况，减少了设备巡视次数，降低了运营成本。另外，通过长时间的运行数据收集整理，输配电线路各主要设备均建立了自己的温度数据库，为实现设备状态检修提供了决策信息，有利于共同营造安全生产的良好氛围，实现安全生产的目标。

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