安科瑞 鮑靜君

　　摘  要： 針對(duì)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(shí)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(shí)施成本較高等問題。本文針對(duì)無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行了實(shí)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(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(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用功能,。

　　a.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,。

　　b.輔助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修,。傳統(tǒng)的檢修模式 ， 對(duì)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(duì)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(duì)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,。

　　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(huì)對(duì)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(duì)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 系統(tǒng)實(shí)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(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。

　　2.2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),。

　　2.3溫度采集器

　　溫度采集器和溫度傳感器是對(duì)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),。

　　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(duì)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。

　　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(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(duì)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。

　　2.6系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

　　a.溫度顯示,。對(duì)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。

　　b.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(duì)溫度界限等進(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,。

　　c.設(shè)備參數(shù)設(shè)定,。設(shè)備參數(shù)的設(shè)定包括對(duì)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,。

　　綜合分析。綜合分析功能是對(duì)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)用等高級(jí)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(hù),。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)功能是對(duì)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(duì)設(shè)備的初始化,、重啟以及系統(tǒng)升級(jí)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(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 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(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(jìn)行通信（如圖1）,，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(bào)警,、曲線、棒圖,、報(bào)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(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(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

　　■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.

　　■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(chǔ)和管理,，方便用戶對(duì)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)安全穩(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）,。可以定義不同級(jí)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(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(hào)量等信息（信號(hào)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。

　　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(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2）,。

圖2 電氣接點(diǎn)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(duì)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(duì)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(hào)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,。

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(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(tái)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(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,。