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。

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(huì)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(huì)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(huì)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(chǔ)、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(hào)后，利用材料的物理特性將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(hào)，溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號(hào)，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(hào)為單頻信號(hào)，不同的頻率代表不同的信號(hào)。信號(hào)接收后，通過信號(hào)的放大、濾波等處理后，轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的電信號(hào)，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(chǔ)、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(tái)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(hào)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(jí)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(píng)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(huì)效益，具有一定的推廣前景。

伴隨著大機(jī)組、大容量和高電壓的迅速發(fā)展，電氣設(shè)備的運(yùn)行條件變得更加苛刻，隨之帶來設(shè)備故障率逐漸增加，排除故障時(shí)間越來越長，造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來電力系統(tǒng)發(fā)生的事故中有相當(dāng)一部分與電氣設(shè)備的發(fā)熱問題有關(guān)，因此，對電氣設(shè)備溫度的監(jiān)測顯得尤為重要。高壓電氣設(shè)備溫度監(jiān)測點(diǎn)都處于高電壓、大電流、強(qiáng)磁場的環(huán)境中，甚至有的監(jiān)測點(diǎn)還處在密閉的空間中，由于強(qiáng)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(yīng)。所以，對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測、故障診斷和及時(shí)維修受到人們的高度重視。

１電氣設(shè)備無線測溫的必要性

發(fā)電廠（變電站）的開關(guān)柜、母線接頭、室外刀閘開關(guān)等都是重要的設(shè)備，在長期運(yùn)行過程中，開關(guān)的觸點(diǎn)和母線連接等部位會(huì)因老化導(dǎo)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(dǎo)致事故發(fā)生。而封閉式開關(guān)柜體在運(yùn)行中禁止打開，因此難以測量運(yùn)行中柜內(nèi)接（觸）頭的實(shí)際溫度，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理接（觸）頭過熱性缺陷，會(huì)嚴(yán)重威脅電力安全生產(chǎn)。

而采用無線溫度監(jiān)測技術(shù)，可通過上位機(jī)軟件記錄高壓設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行溫度，在數(shù)據(jù)庫中長期保存，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化曲線，并進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)溫度過高或急劇升溫至事先設(shè)置的報(bào)警溫度值則立即報(bào)警，為高壓電氣設(shè)備的維修提供累積數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備熱故障的預(yù)知維修。

2無線測溫技術(shù)的優(yōu)勢

由于高壓電力設(shè)備的高電壓、密閉性、不間斷運(yùn)行等特點(diǎn)，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(yùn)行穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低等特點(diǎn)。該系統(tǒng)主要采用短程無線組網(wǎng)方式，多個(gè)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(dòng)測溫終端。運(yùn)行人員可在主控室對多種惡劣環(huán)境條件下的電氣設(shè)備溫度變化情況進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測預(yù)警，從而全面及時(shí)掌握電氣設(shè)備運(yùn)行狀況。另外，無線測溫系統(tǒng)后臺(tái)可以電子地圖的形式顯示整個(gè)溫度場的分布，可清晰發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)，判定故障隱患，進(jìn)而提前采取措施，避免事故的發(fā)生。

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的測溫方式要么就是需要人為干預(yù)，要么就是造價(jià)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(jià)比高并且實(shí)時(shí)性強(qiáng)，鑒于它能夠滿足人們更多的需求所以會(huì)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(shù)的應(yīng)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(gòu)成，如圖１所示。無線測溫終端負(fù)責(zé)對高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度進(jìn)行采集； 無線監(jiān)控終端負(fù)責(zé)顯示及發(fā)送溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；無線測溫集中器負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；溫度監(jiān)測中心負(fù)責(zé)對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、分析與報(bào)警。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)電廠（變電站）內(nèi)多個(gè)高壓電氣設(shè)備動(dòng)、靜觸頭，以及接頭和母排等部位運(yùn)行溫度的集中有效監(jiān)測，進(jìn)而大大提高高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性，有效地防止電氣設(shè)備火災(zāi)的發(fā)生。

4應(yīng)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(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

審核編輯：湯梓紅