浅谈基于无源无线SAW的开关柜温度检测系统的研究与应用
2021-09-06 10:13:18 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：为了对高压开关柜内温度进行有效准确的测量，在对变电站开关柜内环境的要求做出准确判断的基础上，设计了一套基于无源无线SAW温度监测系统，用无线电信号将分散的传感器进行连接，组成设备的温度监测网络，将参数信息送至监控中心，以便相关工作人员进行直观的观测。该装置投入到变电站中测试，发现对高压开关柜内的温度能进行准确有效的检测，并能正常发出预警信号，达到了预期目标。
关键词：高压开关柜；无源；无线；测温系统
0 引言
高压开关柜是变电站里一种必不可少的设备，它能不能做到可靠运行是变电站安全生产、电力可靠的一个非常关键的因素。开关柜设备在长期运行过程中，开关柜内的触点、母排、电力电缆衔接等部位因老化、接触不良和松动导致在正常负荷下发热现象，如果不能对这些部位的温度进行有效的检测，可能会导致整个变电站运行的瘫痪。在对上述问题分析研究
的基础上，本文提出采用无源无线SAW的方法用于变电站开关柜设备温度的监测，采用无源无线SAW用于开关柜内温度的检测，灵敏、稳定的检测运行够确保高压开关柜更好的工作和统一的监测站管理，是维护工作人员的有利助手。
1 SAW温度检测系统的整体设计
系统设计采用了无源无线SAW温度传感器作为开关柜温度采集原件，不仅无线、无源占地小，还具有测量快速、抗干扰能力强、保密性好、成本低等优点，实现在开关柜这种恶劣环境下对温度的测量，系统的整体设计如图1所示，具体方案归结起来主要 可分为三个部分：高压开关柜层、站内主控层、监控中心层。
图 1 系统整体结构图
2 系统硬件设计
2.1温度数据采集
通常安装在被测部位的表面，如高压开关柜内的母线连接接头和裸露触点等位置。用于温度信号的感应和输送的无线温度采集器，其结构包括温度传感器、测量电路、逻辑控制电路、无线收发电路，如图2所示。温度采集器是测量柜内温度的*下层的构件，由温度监测主机进行处理与显示数据图像是根据无线网络传输温度值进行绘制。
图 2 温度采集器结构图
2.2系统通信实现
通信管理装置，它是连接各个部件的中间桥梁，将开关柜内温度传感器检测的温度信息输送出去，*终的接受方是供电公司调度大厅的信息监控中心，通信系统是否安全快捷也是判断这个系统整体是否有效的原因之一。信息通信系统可实现对各种不同种类的开关柜内温度测量部件或测量单元的测量控制、通信管理、数据采集以及数据处理，将检测结果和设备状态通过专门搭建的用于电网通信的内部专网传送到站控中心和远方的监控和数据采集管理系统，如图3所示。
3 系统软件设计以及在变电站的应用
根据变电站开关柜工作环境的需要，首先是系统的初始化，主要包括测温系统的设置以及各个模块的初始化，然后，定时器启动发射采集信号，温度传感器将检测的温度信息通过网络传至站内主控室用以通知站内人员，然后再通过通信网传至调度监控中心，对数据进行分析。通过软件系统不仅可以在人机交互界面上捕捉到各个温度传感器的位置信息、温度的实时测量并反馈到主站，还可以通过声光两种方式进行故障报警，并对各类报警进行查询、统计、分析。调度监控中心可以通过软件系统提供历史数据库查看该变电站开关柜在监控期间发生的超温信息和故障信息。
4 安科瑞无线测温系统介绍与选型
安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款无线测温软件。
4.1 Acrel-2000T无线测温系统结构
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图4），系统设计遵循国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，可靠性和开放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。
Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。
图4 Acrel-2000T无线测温系统结构图
4.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
■温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
a.弹岀事件报驚窗口.
b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.
C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
■历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
■定值设置
用于修改高温定值、超温定值。
■WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。
能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。
运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。
4.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图5）。
图5 电气接点在线测温结构图
4.3.1 安科瑞无线温度传感器
无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。
4.3.2 安科瑞无线收发器
无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。
4.3.3 安科瑞显示终端
显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。
5 结语
基于无源无线SAW的开关柜温度检测系统为变电站开关柜内温度传感器的定位，温度信息的测量以及实时上传，超温报警提供了强有力的支持，以便电力调度人员及运维人员及时发现故障并能迅速定位故障点。此外，该温度检测系统能通过系统历史数据库查看监控期间出现的故障信息。应用结果表明，该系统布设方便，具有较高的可靠性和实用性。
【参考文献】
[1] 苑舜.高压开关设备状态监测与诊断技术[M].第1版.北京:机械工业出版社,2001.3.7.
[2] 程林中,张文烨,龙城,李坚,窦阿林.基于无源无线SAW的开关柜温度检测系统的研究.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介：王蒙蒙，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事无线测温系统的研发与应用
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