淺談無源無線溫度傳感器在開關柜測溫中的研究與應用

摘要：針對聲波表面波無源無線溫度傳感器在開關柜測溫中的應用進行了分析。

關鍵詞：聲波表面；傳感器；開關柜

1 概述

溫度是表征電力一次設備運行正常的一個重要參數。隨著用電量的急劇增長，為了滿足用電需求，導致變電站的開關柜等高壓設備長期運行在限狀態，過負荷運行會導致一次設備的發熱及過熱，這一現象在負荷增長較快的地區顯得尤為普遍。這些情況如不及時得到監控，及時處理，都將發生不可預測的大事故。通過對開關柜溫度的實時監測，即可知道開關柜運行工況，通過電網信息資源整合，就可為狀態檢修提供強有力的依據。

2 聲表面波技術基本原理

聲表面波（SAW）是指能量集中在物體表面傳播的彈性波,聲表面波叉指換能器是一個非常重要的聲表面波器件。自從出現了叉指換能器，才使聲表面波技術以及聲表面波傳感器得到了具有實用價值的飛速發展。

SAWR由一對叉指換能器及金屬柵條式反射器構成。兩個叉指換能器一個用作發射聲表面波，一個用作接收聲表面波。叉指換能器和反射器采用半導體集成工藝，它將金屬鋁淀積在壓電基底材料上，然后再用光刻技術將金屬薄膜刻成一定尺寸及形狀的特殊結構。叉指換能器的指寬、叉指間隔以及反射器柵條寬度、間隔都必須根據中心頻率、Q值的大小、對噪聲抑制的程度和損耗大小來進行設計、制作。

3 無源無線測溫系統的基本構成

無源無線測溫系統由測溫傳感器、采集主機、監控主機、監控軟件組成。

采集傳感器不需要供電,可以方便的安裝在高壓設備上，精確的跟蹤發熱點的溫度變化，測溫傳感器于采集主機之間采用無線通訊純絕緣系統，安全性能好。

一個開關柜安裝6個傳感器測量各動靜觸點溫度，這6個傳感器的溫度采集信息的收發和管理由一個溫度采集器統一完成。溫度采集主機把傳感器采集到的溫度進行重新打包封裝，通過有線或者無線的方式發個監控主機。變電站內多個開關柜通過采集器之間組成CAN總線網絡或無線自組網進行數據本地傳輸，再由測溫主控終端統一進行站內所有開關柜溫度運行信息的采集、告警和管理。

測溫主控終端通常安裝在變電站主控室或者保護室，既可以通過LCD顯示終端屏進行溫度信息的本地顯示，也可以通過數據接口按照標準通信規約傳入SCADA系統，從而實現遠程在線溫度監控、分析以及預警。

4 安科瑞無線測溫系統介紹與選型

安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款無線測溫軟件。

4.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖1），系統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖

4.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能

■實時監測

■溫度查詢

■運行報表

■實時報警

■設備提供以下凡種告警方式：

■歷史告警査詢

■用戶權限管理

實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，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支持）。

能耗統計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，電能環比，用電排名。

運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。

4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統（如圖2）。  

圖2 電氣接點在線測溫結構圖

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 安科瑞無線收發器

無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時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。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。

5 創新及應用

基于聲表面波的傳感器是無源傳感器，后期維護方便，安裝簡單，測量精度高，抗干擾能力強。該傳感器可廣泛應用于開關柜、電線電纜、變壓器等一次設備的發熱點。