无源无线式在线测温技术的应用与选型

时间：2022-05-26作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：253

引言:对于配电站10 kV开关柜隔离开关、高压隔离开关断路器触碰部位以及他导电性排联接部位在长时间运作流程因其表层空气氧化浸蚀、拧紧地脚螺栓松脱造成回路电阻增大而导致发烫常见故障的问题，明确提出并产品研发了根据声表面波技术性的适用配电站10kV开关柜关键环节温度测量的无源无线式线上测温系统。该体系根据目前配电站综合性数据网络完成温度测量信息内容的统一收集与传送，具备远程控制数据分析系统和确诊、即时和历史记录报表统计、Web访问公布和短消息报警等作用，并已完成运用于中山市供电局110kV恒源配电站、雄县配电站、裕丰变电站，合理监控了10kV开关柜机器设备即时发烫状况，完成了各配电站温度测量数据信息的规范化管理，为10 kV开关柜机器设备情况维修、立即消缺给予了稳定的信息适用。

配电站10 kV开关柜高压隔离开关断路器触碰部位、电源开关断路器触碰部位、导电性排联接部位、电缆接头联接部位在长时间运作环节中，因为表层空气氧化浸蚀、拧紧地脚螺栓松脱等缘故，非常容易造成回路电阻增大而造成触碰部位发烫、电蚀，情况严重可烧融联接构件并引起短路故障问题，导致大规模断电，减少了系统软件配电稳定性并产生特大财产损失。避免10 kV开关柜发烫常见故障是变电运行单位需长期性应对的主要课题研究。参考文献［1］明确规定:防止开关柜载流控制回路**温;按时用测温设备查验开关柜的接头**部、高压隔离开关的导电性一部分(部位:断路器、小组出线座等)，特别是在重负载或高温期内，加强对运作机器设备升温的监控，发现问题应立即采取一定的有效措施。

现阶段，配电站10 kV开关柜机器设备温度检测方式大多数选用试温蜡监控、手持式红外测温仪、数字功放感应器无线温度测量等三种具体方法，但以上方法存有不可以实时监测、数据误差大、摄像头易无效等问题。因此必须产品研发感应器无源无线式温度测量技术性，摆脱过去温度测量方法所具有的缺点，完成对开关柜重要部位开展温度即时在线监控、确诊、预警信息等作用，并完成精确温度测量、感应器可长时间工作中且工作使用寿命期限内免维护保养、接受设备拆换不用断电等规定。

文中明确提出并产品研发了无源无线式线上测温系统，进而完成对10 kV开关柜内发烫状况开展无源无线式温度在线监控，提升了机器设备运转的稳定性，并完成下列技术性总体目标:

a)运用声表面波元件的热敏感物理学特点、逆热电效应和压电效应，产品研发无源无线传感器机器设备，根据电磁兼容设计方案和代码设计方案，使其运用于10 kV开关柜温度在线监控。

b)运用目前配电站综合性数据网络，选用统一的通信模组，保证网络信息安全，通讯靠谱。

c)创建智能监测服务平台，将供电局属下好几个配电站温度检测信息系统集成于同一服务平台，完成温度测量数据信息规范化管理。

1 目前发烫检测方式存有的缺点

试温蜡监控、手持式红外测温仪方法具有缺点:测量点多，巡视工作抗压强度大，高效率低;不可以及时处理发烫缺点;开关柜内部份地区没法开展人力巡查;

没法累积历史记录，进而剖析升温转变;没法向运作工作人员给予发烫告警信息;没法为设备维护管理、维修给出的数据适用。

数字功放感应器无线温度测量方法具有缺点:感应器充电电池无效会致使该温度测量点没法温度测量;需按时断电拆换感应器充电电池，提升了运作单位实际操作、维护保养劳动量。

2 无源无线式线上测温系统整体构造及功能分析

2.1 整体总体设计

无源无线式线上测温系统由无源无线式在线测温系统分站、配电站无源无线温度测量管理方法设备、温度感应器构成。系统软件总体总体设计如下图1所显示。

图 1 无源无线式线上测温系统整体构造 温度收集光纤收发器根据无线天线发送传感器射频信号，无源无线温度感应器处于被动回到温度相匹配频率数据信号;温度收集光纤收发器接受到意见反馈数据信号后通过数据处理方法和数据资料装包，传送至配电站无源无线温度测量管理方法设备，运用TCP/IP网络数据信息转化器，进行站内开关柜温度监测设备通信规约变换，根据配电站综合性数据网络将信息发送至无源无线式线上测温系统分站，供技术专业队组对机器设备运作温度开展监控和剖析，以确保设施的平稳运作。 配电站端无源无线温度测量管理方法设备对本网站机器设备运作温度数据信息做好管理方法，具有查看即时运作数据信息、历史时间运作数据信息、报警数据信息、表格转化成、短消息报警等作用。 无源无线式线上测温系统分站对连接各配电站的机器设备温度数据信息做好管理方法，由技术专业队组开展基本建设和维护保养，有关工作人员可根据Web访问方法查看即时运作数据信息、历史时间运作数据信息、报警数据信息、表格信息内容等，并利用Web网页页面进行系统对的台账管理、安全通道管理方法、用户服务等管理信息系统作用。系统软件有着非常好的开放式、扩展性、可扩展性、易维护性、稳定性和安全系数。2.2 功能分析 无源无线式线上测温系统主要运用于完成集中化检测供电局各配电站10 kV开关柜等运作设施的即时和历史时间发烫信息内容，并完成一致的通信规约。系统功能关键有: a)实时监控系统。根据图型、数据和曲线图方法，监控器厂站即时报警慨况、机器设备即时报警、机器设备即时温度数据信息，给予对报警的核实和处置等作用。 b)数据统计。根据多种多样数据图表、曲线图等方式查看和剖析现阶段及历史记录。 c)发展趋势曲线图。给予线问发展趋势曲线图，可按时间范围查看。 d)日志服务项目。对客户维系的系统应用机器设备，账号登录的使用开展日志备案，并给予对日志的归类和分时间段查看。 e)剖析确诊。可以实现随意温度测量点分类，同时时刻刻多一点数据对比查看、阀值剖析，智能化确诊作用。 f)管理报表。可以输出表格，可按照顾客键入要求全自动产生表格，并具备比照和导出来作用。 g)用户服务。对客户实际操作管理权限分类管理，给予数据的与此同时，维护关键数据信息，减少维护保养成本费。 h)系统配置。便捷加上、删掉有关厂站，并对运用厂站应用的通信插口，厂站信息内容种类、数据采集周期时间等其他软件主要参数开展配备。 i)主要参数管理方法。系统对运用的基础信息开展维护保养管理方法，给予整定值预报警阀值、设定属下机器设备种类及总数等主要参数管理方法作用。 3 无源无线式线上测温系统核心技术3.1 无源无线式温度感应器 所开发的无源无线式温度感应器选用了声表面波温度传感器技术，该工艺选用声表面波谐振器构造，当压电式结晶硅片上的超声波换能器将插入的无线无线电波数据信号转化成声数据信号后，被左右两规律性珊条反射面产生串联谐振，谐振频率随温度的变化而更改，且在一定温度范畴内呈线形的关联，当超声波换能器将声数据信号转化成无线回复数据信号输出后，就可以根据检测频率转变获得温度值。选用声表面波温度传感器技术的感应器线性不错，温度测量范畴(－20～150℃)，精密度偏差(±3℃)，达到10 kV开关柜内高压隔离开关断路器、隔离开关断路器、导电性排联接等部位的温度检测要求。3.2 创建一次设备运作温度数据监控系统软件服务平台 无源无线式线上测温系统服务平台选用手机客户端–服务端(Client/Server)构造及其电脑浏览器端–服务端(Browser/Server)构造紧密结合的多层面构架，系统软件具备不错的易维护性、较高的安全系数和扩展性。在该网站上，不但较大水平上拓展系统软件监控点容积，并且根据丰富多彩的数据图表、曲线图等方式，对10 kV开关柜运作发烫情况数据开展实时监测。系统软件服务平台内置多种多样剖析辅助软件，即可以对同一温度测量点历史时间温度数据信息追朔，合理剖析机器设备运作发烫发展趋势，也可以对好几个有关温度测量点数据信息较为，便于快速找到运作发烫出现异常的机器设备。3.3 安全性的Web访问公布作用及短消息报警作用 无源无线式线上测温系统选用PowerDynamo HTMLDataWindow的B/S三层构造解决方法，以完成受权客户根据Web电脑浏览器开展动态性访问、查看和打印出存放在网络服务器服务平台数据库查询中的数据信息。手机客户端不用安装一切手机软件，减少客户手机客户端的配备成本费，有利于应用和维护保养。无源无线式线上测温系统根据配电站综合性数据网络，完成了无源无线式线上温度数据信息的集中化收集、统一提交，给予了高效的安全性体制，而且可根据短信业务(short messaging service， S)将无源无线式线上测温系统内的即时告警信息立即分享至技术专业队组的值勤手机，使之立即得知机器设备发烫报警的信息内容，便于及早采用控制方法，从而防患未然。 4系统软件创新点4.1 运用声表面波感应器完成了无源温度精确检测和长距离无线收集 无源无线式线上测温系统提升了电磁兼容设计方案以抑止影响，产品研发了**型微波射频控制模块使无线数据信号传送间距不少于2 m。当经无线天线发送出的鼓励数据信号被感应器的谐振器接受后，经逆热电效应变换为同屏声数据信号，该信号受声表面波元器件热敏感特点危害，传送环节中数据信号特点被更改，反射面回的无线电波数据信号体现了温度转变信息内容，根据数据信号比照解决，使系统软件完成在髙压自然环境内对重要部位开展温度精确检测和长距离无线收集。4.2 解决了10 kV开关柜同地区内多感应器与此同时运用的编号难点 10 kV开关柜内重要温度测量点主要包含隔离开关断路器、高压隔离开关断路器以及它导电性排联接部位，感应器编号总数一般在12个上下，而**目前相关产品均在6个之内，遭遇开关柜地区内多感应器与此同时运用鉴别难点，不能满足地区内多温度测量点检测总数规定。 无源无线式线上测温系统以声表面波串联谐振型温度测量技术性为主导，与此同时结合延迟线技术性，采用无耗的LiNbO3结晶，做成单端口号串联谐振型声表面波温度感应器，根据对声表面波(su ce acoustic wave，SAW)元器件上反射面栅不一样的部位排序得到不一样的回到单脉冲时钟频率组成，为此鉴别好几个温度感应器。另参照**对SAW传感器系统软件的科研成果，选用新式24位A/D变换元器件，快速数据信号转换器做成无源无线温度收集光纤收发器，根据正交和相位差测定法对意见反馈数据信号完成精确测量，提升了对好几个感应器的温度信息内容鉴别工作能力，首先建立了10 kV开关柜地区内12个不一样编号感应器的与此同时靠谱运用，达到了10 kV开关柜内机器设备温度精确测量设点总数要求。4.3 减少了开关柜内构造对无线信号屏蔽危害 充分考虑10 kV开关柜品种繁多，内部构造差异大，一般可分为好几个腔室，对信息的传递有一定屏蔽掉危害，因而设计方案温度收集光纤收发器一共有4条无线天线途径，12个无源无线温度感应器可随意挑选在其中一条途径安全通道工作中。温度收集光纤收发器根据柜身体内走线方法将无线天线遍布到每一个箱体，做到数据信号鼓励、收集不错情况。机器设备能管理方法4×N(N=3、6、9、12)个感应器，充足达到10 kV开关柜温度测量运用。 5应用实例 无源无线式线上测温系统已经取得成功运用于中山市供电局110 kV恒源配电站、雄县配电站、裕丰变电站，对配电站内大电流量柜和电容补偿柜的高压隔离开关断路器等部位改装了无源无线式温度测量设备，完成了对以上10 kV开关柜高压隔离开关断路器触碰部位发烫状况的即时在线监控、确诊、预警信息作用。该系统软件自2012年12月投用一年多至今，运作状况平稳，各类作用运用正常的，温度测量数据信息与保护性实验结果符合，解决了10 kV开关柜内重要部位发烫信息内容得到的复杂和安全系数的难点，对提升电力网10 kV客户配电稳定性充分发挥了关键功效。 6 安科瑞无线测温系统详细介绍与型号选择 安科瑞无线温度测量监控系统是依据现阶段无线测温系统的规定，在普遍征询客户和家建议的基本上,充足消化吸收现阶段**厂商的经典案例，并融合安科瑞很多年来的充足工作经验，选用面向对象编程的分层次分布式系统设计方案观念，融合自动化控制、电子信息技术、互联网技术、通讯技术而制定的一款专业的无线测温软件。6.1 Acrel-2000T无线测温系统构造 Acrel-2000T无线温度测量监控系统根据RS485系统总线或以太网接口与间距层的机器设备立即开展通讯（如下图2），系统开发遵循国家标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传送通信规约，安全系数、稳定性和开放式都获得了较大地提升。 Acrel-2000T无线温度测量监控系统具备遥信、监测、遥控器、遥调、遥设、事情警报、曲线图、棒图、表格和用户服务作用。可以监控器无线测温系统的机器设备管理状况，完成迅速警报回应，防止比较严重常见故障产生。 Acrel-2000T无线温度测量监控系统主要特点是开放式系统构造，硬件配置兼容模式强，手机软件移植性好，运用功能丰富。该体系具备强有力的解决工作能力，迅速的事情回应，友善的工业触摸屏，便捷的扩大方式。其系统软件的制定根据软件开发的设计标准,控制模块区划有效，插口简单一目了然，主要包含主控芯片控制模块、工业触摸屏、图型组态软件、数据库查询智能管理系统、通管局等几个控制模块。

图2 Acrel-2000T无线测温系统框架图6.2 Acrel-2000T无线测温系统作用■实时监测 Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息■温度查询 温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）■运行报表 查询各回路设备运行温度报表.■实时报警 壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。■设备提供以下凡种告警方式： a.弹岀事件报惊窗口. b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警. C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.■历史告警査询 Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。■用户权限管理 Acrel-2000T无线测温监控系统为**系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全**。■定值设置 用于修改高温定值、**温定值。■WEB（可选） 展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。 实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。 接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。 能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。 运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。■手机APP（可选） 设备数据员面显示各设备的电参量数据、温度数据以及曲线。6.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型 安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图3）。

图3 电气接点在线测温结构图6.3.1 安科瑞无线温度传感器 无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。

6.3.2 安科瑞无线收发器 无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

6.3.3 安科瑞显示终端 显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

7 结束语 无源无线式在线测温系统有效地解决了开关柜采用试温蜡监视、手持红外测温、有源传感器无线测温等方式的缺陷，提升了变电运行部门设备发热运维管理水平，可有效杜绝设备接触部位因发热而引发的设备事故，同时还将运行人员从繁重、低效的开关柜测温巡视工作中解放出来，大大地提高了工作效率。该技术除了可以应用在开关柜测温外，还可以推广到变电站主变、电容、电抗、断路器、隔离开关等其它一次设备测温，应用范围广泛，具有实用推广价值，对变电站测温技术的发展有着积极推动作用。 


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