淺談無源供電測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)功能與應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘  要： 針對開關(guān)柜等發(fā)熱設(shè)備的監(jiān)測 ，傳統(tǒng)的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性和穩(wěn)定性方面不能滿足現(xiàn)場實際使用需求 ，造成了設(shè)備監(jiān)測缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段以及實施成本較高等問題。本文針對無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)進行了研究和開發(fā) ，提出了一種基于聲表面波技術(shù)的測溫技術(shù) ，在變電站進行了實踐和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 設(shè)備檢測 ；無線測溫 ；變電站

0 引言

電力系統(tǒng)設(shè)備在長期的運行中 ，往往容易產(chǎn)生老化或過熱現(xiàn)象 ，這些現(xiàn)象如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和解決 ，可能會造成嚴(yán)重的事故。而對于變電站設(shè)備的維護和監(jiān)控 ， 往往由于地理位置偏遠(yuǎn) ，管理人員不能面面俱到 ，巡檢和維護的難度較大。因此 ，通過自動化來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)就變得十分必要 ，也成了管理人員的重要手段。

傳統(tǒng)的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性穩(wěn)定性以及實施成本上存在各種各樣的問題。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（SAW） 的全新的測溫技術(shù)。

1 系統(tǒng)建設(shè)的意義

通過無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，將實現(xiàn)以下應(yīng)用功能。

a.實現(xiàn)設(shè)備運行溫度實時監(jiān)測。無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)為有效消除電網(wǎng)因開關(guān)柜因過熱帶來的安全運行隱患提供了有效的技術(shù)手段 ，解除由此造成經(jīng)濟危害和社會損失的可能。

b.輔助實現(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 ，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)的維護時間和周期較長 ，往往不能及時解決。通過建立在線監(jiān)測系統(tǒng) ，可以對設(shè)備的狀態(tài)進行實施監(jiān)控和預(yù)警 ，更新了變電站的設(shè)備的維護模式 ，將更加有效的保障設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

  c.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)備的狀況可能會對整個電網(wǎng)的情況造成較大影響 ，并且能反映出電網(wǎng)的運行情況和負(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)的整體運行和輔助決策。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1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行變電站設(shè)備刀閘、開關(guān)等接觸點的溫度采集 ，溫度采集器根據(jù)需要布置在多個點位上。溫度傳感器將多個開關(guān)柜的多個點采集到的溫度數(shù)據(jù)進行匯總 ，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)進行數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計、分析和預(yù)警等應(yīng)用。

2.2溫度傳感器

溫度傳感器是通過聲表面波原理 ，在設(shè)備表面接受到信號后 ，利用材料的物理特性將信號轉(zhuǎn)換成電信號。通過安裝在設(shè)備表面的溫度采集器進行溫度數(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)定的實時溫度數(shù)據(jù) ，為下一步的數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。

2.3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 ，溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號 ，并上傳到主控終端。

溫度采集器的發(fā)射頻率為428 ～ 439MHz，發(fā)射信號為單頻信號，不同的頻率代表不同的信號。信號接收后，通過信號的放大、濾波等處理后 ，轉(zhuǎn)換成可以識別的電信號 ，從而獲得溫度參數(shù)。

2.4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、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、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，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2.5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)自動化系統(tǒng)中 ，作為一個模塊作為應(yīng)用 ，也可以作為一套獨立的系統(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)備的正常運作。

2.6系統(tǒng)功能設(shè)計

a.溫度顯示。對于設(shè)備各點的溫度實時顯示 ，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)中實現(xiàn) ，也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。

b.報警功能。報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、值等進行管理 ，在溫度超過設(shè)定值 ，進行預(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。

c.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)射和接受信號的頻率設(shè)定以及系統(tǒng)時間等功能。

綜合分析。綜合分析功能是對設(shè)備的溫度進行故障分析、歷史趨勢分析以及數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計應(yīng)用等高級應(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。

遠(yuǎn)程維護。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護功能是對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計結(jié)果的基礎(chǔ)上 ，實現(xiàn)的遠(yuǎn)程運行維護 ， 可以對設(shè)備的初始化、重啟以及系統(tǒng)升級等。

2.7 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行數(shù)據(jù)交換，變電站內(nèi)無需布線。

3 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹

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，在廣泛征求用戶和專家意見的基礎(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，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。

3.1 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)備直接進行通信（如圖1），系統(tǒng)設(shè)計遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、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)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(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1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

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

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.

■實時報警

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

■設(shè)備提供以下凡種告式：

 a.彈岀事件報驚窗口.

          b.實時語音報警功能，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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、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)安全穩(wěn)定運行，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）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

■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，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)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(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支持）。

能耗統(tǒng)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(huán)比，用電排名。

運維管理\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。

 3.3 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觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(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2）。

圖2 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 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。

3.3.2 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。

3.3.3 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)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，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。

4 結(jié)論

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成本。該配套管理系統(tǒng)提供溫度異常告警、實時設(shè)備溫度采集、日常溫度監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)評估等功能 ，避免重大因溫度導(dǎo)致的故障的發(fā)生。系統(tǒng)的研究和實施產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益 ，具有一定的推廣前景。

【參考文獻】

[1] 楊楷，李志剛，景玉鵬．聲表面波氣體傳感器的研究進展[J].電子元件與材料，2009，27(9)：26-30.

[2] 曾強.無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)研究應(yīng)用

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊  2019.11版