淺談基于無源無線SAW的開關(guān)柜溫度檢測系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：為了對高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行有效準(zhǔn)確的測量，在對變電站開關(guān)柜內(nèi)環(huán)境的要求做出準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套基于無源無線SAW溫度監(jiān)測系統(tǒng)，用無線電信號將分散的傳感器進(jìn)行連接，組成設(shè)備的溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，將參數(shù)信息送至監(jiān)控，以便相關(guān)工作人員進(jìn)行直觀的觀測。該裝置投入到變電站中測試，發(fā)現(xiàn)對高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度能進(jìn)行準(zhǔn)確有效的檢測，并能正常發(fā)出預(yù)警信號，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無源；無線；測溫系統(tǒng)

0 引言

高壓開關(guān)柜是變電站里一種的設(shè)備，它能不能做到可靠運(yùn)行是變電站生產(chǎn)、電力可靠的一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。開關(guān)柜設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，開關(guān)柜內(nèi)的觸點(diǎn)、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動(dòng)導(dǎo)致在正常負(fù)荷下發(fā)熱現(xiàn)象，如果不能對這些部位的溫度進(jìn)行有效的檢測，可能會導(dǎo)致整個(gè)變電站運(yùn)行的癱瘓。在對上述問題分析研究

的基礎(chǔ)上，本文提出采用無源無線SAW的方法用于變電站開關(guān)柜設(shè)備溫度的監(jiān)測，采用無源無線SAW用于開關(guān)柜內(nèi)溫度的檢測，靈敏、穩(wěn)定的檢測運(yùn)行夠確保高壓開關(guān)柜更好的工作和統(tǒng)一的監(jiān)測站管理，是維護(hù)工作人員的有利助手。

1 SAW溫度檢測系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了無源無線SAW溫度傳感器作為開關(guān)柜溫度采集原件，不僅無線、無源占地小，還具有測量快速、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)在開關(guān)柜這種惡劣環(huán)境下對溫度的測量，系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖1所示，具體方案歸結(jié)起來主要  可分為三個(gè)部分：高壓開關(guān)柜層、站內(nèi)主控層、監(jiān)控層。

圖 1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1溫度數(shù)據(jù)采集

通常安裝在被測部位的表面，如高壓開關(guān)柜內(nèi)的母線連接接頭和裸露觸點(diǎn)等位置。用于溫度信號的感應(yīng)和輸送的無線溫度采集器，其結(jié)構(gòu)包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線收發(fā)電路，如圖2所示。溫度采集器是測量柜內(nèi)溫度的最下層的構(gòu)件，由溫度監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行處理與顯示數(shù)據(jù)圖像是根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸溫度值進(jìn)行繪制。

圖 2 溫度采集器結(jié)構(gòu)圖

2.2系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)

通信管理裝置，它是連接各個(gè)部件的中間橋梁，將開關(guān)柜內(nèi)溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調(diào)度大廳的信息監(jiān)控，通信系統(tǒng)是否快捷也是判斷這個(gè)系統(tǒng)整體是否有效的原因之一。信息通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對各種不同種類的開關(guān)柜內(nèi)溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理，將檢測結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)通過專門搭建的用于電網(wǎng)通信的內(nèi)部專網(wǎng)傳送到站控和遠(yuǎn)方的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)以及在變電站的應(yīng)用

根據(jù)變電站開關(guān)柜工作環(huán)境的需要，首先是系統(tǒng)的初始化，主要包括測溫系統(tǒng)的設(shè)置以及各個(gè)模塊的初始化，然后，定時(shí)器啟動(dòng)發(fā)射采集信號，溫度傳感器將檢測的溫度信息通過網(wǎng)絡(luò)傳至站內(nèi)主控室用以通知站內(nèi)人員，然后再通過通信網(wǎng)傳至調(diào)度監(jiān)控，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過軟件系統(tǒng)不僅可以在人機(jī)交互界面上捕捉到各個(gè)溫度傳感器的位置信息、溫度的實(shí)時(shí)測量并反饋到主站，還可以通過聲光兩種方式進(jìn)行故障報(bào)警，并對各類報(bào)警進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、分析。調(diào)度監(jiān)控可以通過軟件系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)庫查看該變電站開關(guān)柜在監(jiān)控期間發(fā)生的超溫信息和故障信息。

4 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(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)的一款無線測溫軟件。

4.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖4），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(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無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(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)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖4 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運(yùn)行報(bào)表

查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

■實(shí)時(shí)報(bào)警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信（需選配）.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

■定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機(jī)APP（可選）

設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖5）。

圖5 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖

4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

4.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

4.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

5 結(jié)語

基于無源無線SAW的開關(guān)柜溫度檢測系統(tǒng)為變電站開關(guān)柜內(nèi)溫度傳感器的定位，溫度信息的測量以及實(shí)時(shí)上傳，超溫報(bào)警提供了強(qiáng)有力的支持，以便電力調(diào)度人員及運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并能迅速定位故障點(diǎn)。此外，該溫度檢測系統(tǒng)能通過系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫查看監(jiān)控期間出現(xiàn)的故障信息。應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)布設(shè)方便，具有較高的可靠性和實(shí)用性。

【參考文獻(xiàn)】

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06版.

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用