淺談無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用與選型

 

圖 1 無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

        溫度采集收發(fā)器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射傳感射頻信號(hào)，無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器被動(dòng)返回溫度對(duì)應(yīng)頻率信號(hào);溫度采集收發(fā)器接收到反饋信號(hào)后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)打包，轉(zhuǎn)送至變電站無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫管理裝置，利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，完成站內(nèi)開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備通信規(guī)約轉(zhuǎn)換，通過(guò)變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)主站，供專(zhuān)業(yè)班組對(duì)設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，以保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

        變電站端無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫管理裝置對(duì)本站設(shè)備運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，具備查詢(xún)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、報(bào)表生成、短信告警等功能。

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)主站對(duì)接入各變電站的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，由專(zhuān)業(yè)班組進(jìn)行建設(shè)和維護(hù)，相關(guān)人員可通過(guò)Web瀏覽方式查詢(xún)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、報(bào)表信息等，并通過(guò)Web頁(yè)面完成對(duì)系統(tǒng)的臺(tái)賬管理、通道管理、用戶(hù)管理等系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)具有很好的開(kāi)放性、可擴(kuò)展性、可移植性、易維護(hù)性、可靠性和性。

2.2 功能設(shè)計(jì)

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)各變電站10 kV開(kāi)關(guān)柜等運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史發(fā)熱信息，并實(shí)現(xiàn)致的通信規(guī)約。系統(tǒng)功能主要有:

        a)實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)圖形、數(shù)字和曲線(xiàn)方式，監(jiān)控廠站實(shí)時(shí)告警概況、設(shè)備實(shí)時(shí)告警、設(shè)備實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)，提供對(duì)告警的確認(rèn)和處理等功能。

        b)數(shù)據(jù)查詢(xún)。通過(guò)多種圖表、曲線(xiàn)等形式查詢(xún)和分析當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)。

        c)趨勢(shì)曲線(xiàn)。提供在線(xiàn)瀏覽趨勢(shì)曲線(xiàn)，可按時(shí)間段查詢(xún)。

        d)日志服務(wù)。對(duì)用戶(hù)維護(hù)的系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)備，用戶(hù)登錄的操作進(jìn)行日志登記，并提供對(duì)日志的分類(lèi)和分時(shí)段查詢(xún)。

        e)分析診斷。可以進(jìn)行任意測(cè)溫點(diǎn)分組，同時(shí)刻多點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)比查詢(xún)、閾值分析，智能診斷功能。

        f)報(bào)表管理。能夠輸出報(bào)表，可根據(jù)客戶(hù)輸入需求自動(dòng)形成報(bào)表，并具有對(duì)比和導(dǎo)出功能。

        g)用戶(hù)管理。對(duì)用戶(hù)操作權(quán)限分級(jí)管理，提供信息的同時(shí)，保護(hù)核心數(shù)據(jù)，降低維護(hù)成本。

        h)系統(tǒng)設(shè)置。方便添加、刪除相關(guān)廠站，并對(duì)應(yīng)用廠站使用的通訊接口，廠站信息類(lèi)型、數(shù)據(jù)采集周期等其他系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行配置。

        i)參數(shù)管理。對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)管理，提供整定預(yù)告警閾值、設(shè)置下屬設(shè)備類(lèi)型及數(shù)量等參數(shù)管理功能。

 

3.1 無(wú)源無(wú)線(xiàn)式溫度傳感器

        所研發(fā)的無(wú)源無(wú)線(xiàn)式溫度傳感器采用了聲表面波溫度傳感技術(shù)，該技術(shù)采用聲表面波諧振腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓電晶體基片上的換能器將輸入的無(wú)線(xiàn)電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)后，被左右兩個(gè)周期性柵條反射形成諧振，諧振頻率隨溫度的改變而改變，且在定溫度范圍內(nèi)呈線(xiàn)性的關(guān)系，當(dāng)換能器將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變成無(wú)線(xiàn)應(yīng)答信號(hào)輸出后，就可以通過(guò)測(cè)量頻率變化得到溫度值。采用聲表面波溫度傳感技術(shù)的傳感器線(xiàn)性度較好，測(cè)溫范圍(－20～150℃)，精度誤差(±3℃)，滿(mǎn)足10 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)隔離開(kāi)關(guān)觸頭、斷路器觸頭、導(dǎo)電排連接等部位的溫度監(jiān)測(cè)需求。

3.2 建立次設(shè)備運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)平臺(tái)采用客戶(hù)端–服務(wù)器端(Client/Server)結(jié)構(gòu)以及瀏覽器端–服務(wù)器端(Browser/Server)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的多層次架構(gòu)，系統(tǒng)具有較好的易維護(hù)性、較高的性和可擴(kuò)展性。在該平臺(tái)上，不僅很大程度上擴(kuò)展系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)容量，而且通過(guò)豐富的圖表、曲線(xiàn)等形式，對(duì)10 kV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行發(fā)熱狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)平臺(tái)自帶多種分析輔助工具，即能夠?qū)ν瑴y(cè)溫點(diǎn)歷史溫度數(shù)據(jù)追溯，有效分析設(shè)備運(yùn)行發(fā)熱趨勢(shì)，也能夠?qū)Χ鄠€(gè)相關(guān)測(cè)溫點(diǎn)數(shù)據(jù)比較，以便迅速找出運(yùn)行發(fā)熱異常的設(shè)備。

3.3 的Web瀏覽發(fā)布功能及短信告警功能

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)采用PowerDynamo+HTMLDataWindow的B/S三層結(jié)構(gòu)解決方案，以實(shí)現(xiàn)授權(quán)用戶(hù)通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行動(dòng)態(tài)瀏覽、查詢(xún)和打印存儲(chǔ)在服務(wù)器平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)?？蛻?hù)端無(wú)需安裝任何軟件，降低用戶(hù)客戶(hù)端的配置成本，便于使用和維護(hù)。無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)通過(guò)變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的集中采集、統(tǒng)上傳，提供了有效的機(jī)制，并且可通過(guò)短信服務(wù)(short messaging service，SMS)將無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)告警信息及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至專(zhuān)業(yè)班組的值班手機(jī)上，使之及時(shí)獲知設(shè)備發(fā)熱告警的信息，以便及時(shí)采取控制措施，進(jìn)而隱患。

 

4.1 應(yīng)用聲表面波傳感器實(shí)現(xiàn)了無(wú)源溫度準(zhǔn)確測(cè)量和遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)采集

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)化了電磁兼容設(shè)計(jì)以抑制干擾，研發(fā)了射頻模塊使無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸距離不少于2 m。當(dāng)經(jīng)天線(xiàn)發(fā)射出的激勵(lì)信號(hào)被傳感器的諧振器接收后，經(jīng)逆壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換為同頻聲信號(hào)，該信號(hào)受聲表面波器件熱敏感特性影響，傳遞過(guò)程中信號(hào)特征被改變，反射回的電磁波信號(hào)反映了溫度變化信息，通過(guò)信號(hào)對(duì)比處理，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在高壓環(huán)境內(nèi)對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度準(zhǔn)確測(cè)量和遠(yuǎn)距離無(wú)線(xiàn)采集。

4.2 解決了10 kV開(kāi)關(guān)柜同區(qū)域內(nèi)多傳感器同時(shí)應(yīng)用的編碼難題

        10 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵測(cè)溫點(diǎn)主要包括斷路器觸頭、隔離開(kāi)關(guān)觸頭及其它導(dǎo)電排連接部位，傳感器編碼數(shù)量般在12個(gè)左右，而內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品均在6個(gè)以?xún)?nèi)，面臨開(kāi)關(guān)柜區(qū)域內(nèi)多傳感器同時(shí)應(yīng)用識(shí)別難題，無(wú)法滿(mǎn)足區(qū)域內(nèi)多測(cè)溫點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)量要求。

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)以聲表面波諧振型測(cè)溫技術(shù)為主，同時(shí)融合延遲線(xiàn)技術(shù)，選用低損耗的LiNbO3晶體，制成單端口諧振型聲表面波溫度傳感器，通過(guò)對(duì)聲表面波(surface acoustic wave，SAW)器件上反射柵不同的位置排列獲得不同的返回脈沖時(shí)序組合，以此識(shí)別多個(gè)溫度傳感器。另參考內(nèi)外對(duì)SAW傳感系統(tǒng)的研究成果，采用新型24位A/D轉(zhuǎn)換器件，高速數(shù)字信號(hào)處理器制成無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度采集收發(fā)器，通過(guò)正交相位檢測(cè)法對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，提高了對(duì)多個(gè)傳感器的溫度信息識(shí)別能力，*實(shí)現(xiàn)了10 kV開(kāi)關(guān)柜區(qū)域內(nèi)12個(gè)不同編碼傳感器的同時(shí)可靠應(yīng)用，滿(mǎn)足了10 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度測(cè)量布點(diǎn)數(shù)量需求。

4.3 降低了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)結(jié)構(gòu)對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)屏蔽影響

        考慮到10 kV開(kāi)關(guān)柜種類(lèi)繁多，內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異性大，般分為多個(gè)腔室，對(duì)信號(hào)的傳輸有定屏蔽影響，因此設(shè)計(jì)溫度采集收發(fā)器共有4條天線(xiàn)路徑，12個(gè)無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器可任意選擇其中條路徑通道工作。溫度采集收發(fā)器通過(guò)柜體內(nèi)布線(xiàn)方式將天線(xiàn)分布到每個(gè)腔體，達(dá)到信號(hào)激勵(lì)、采集較好狀態(tài)。設(shè)備能管理4×N(N=3、6、9、12)個(gè)傳感器，充分滿(mǎn)足10 kV開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫應(yīng)用。

 

        無(wú)源無(wú)線(xiàn)式在線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于中山110 kV泰豐變電站、文安變電站、裕豐變電站，對(duì)變電站內(nèi)大電流柜和電容柜的隔離開(kāi)關(guān)觸頭等部位加裝了無(wú)源無(wú)線(xiàn)式測(cè)溫裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)上述10 kV開(kāi)關(guān)柜隔離開(kāi)關(guān)觸頭接觸部位發(fā)熱情況的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、診斷、預(yù)警功能。該系統(tǒng)自2012年12月投運(yùn)年多以來(lái)，運(yùn)行情況穩(wěn)定，各項(xiàng)功能應(yīng)用正常，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)與預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果吻合，解決了10 kV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵部位發(fā)熱信息獲取的復(fù)雜性和性的難題，對(duì)提高電網(wǎng)10 kV用戶(hù)供電可靠性發(fā)揮了重要作用。

 

        安科瑞無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶(hù)和家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的款專(zhuān)業(yè)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫軟件。

6.1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖2），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線(xiàn)、棒圖、報(bào)表和用戶(hù)管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。