開關柜聲波測溫技術研究

劉月琴

（國網山西省電力忻州供電公司，山西 忻州 034000）

開關柜聲波測溫技術研究

劉月琴

（國網山西省電力忻州供電公司，山西 忻州 034000）

文章研究了開關柜聲波測溫技術，基于聲表面波的無線無源傳感系統，主要解決了目前測溫中存在高電壓、強電磁情況下的干擾嚴重、測溫時間短、實時監測難的問題，提高了運維人員的智能化水平，為電網的智能化水平發揮了作用。

開關柜；聲波測溫；系統

1 聲表面波測溫系統驗證部署圖

新研制的基于聲表面波技術的無源無線溫度在線監測系統在實驗室進行功能性驗證后需要進行實地安裝測試，實地安裝之前需要完成一系列型式試驗驗證，實驗內容包括環境適應性實驗、溫度精度實驗、電磁兼容性（Electro Magnetic Compatibility，EMC）實驗，絕緣耐壓等實驗，保證設備性能滿足要求[1]。

設備通過各項實驗驗證后可以實地部署，該設備安裝主要包括以下幾個部件的安裝：傳感器、讀取天線、讀取器以及監控終端。具體各個部件位置如圖1所示。

圖1 10 kV開關柜無線無源監測系統各部件位置正視和俯視

如圖1所示，以標準10 kV開關柜為例展示無源無線溫度在線監控系統安裝示意圖及模擬安裝位置，根據開關柜工作原理及故障情況，一套標準柜一般有6～9個位置屬于重點溫度監控部位，分別是開關柜母線進線觸頭、出線母排接頭以及電纜接頭[2]。系統安裝時傳感器可利用設備自身螺栓緊固在需要測溫的部位，讀取天線通過柜內部走線槽引到開關柜的配電盤室，系統讀取器可通過導軌固定在配電盤上，讀取器通過引出RS485總線連接到溫度監控終端計算機。系統組成架構如圖2所示。

圖2 系統組成架構

在安裝系統之前應收集變電站相應高壓開關柜的技術資料、安裝位置以及上級系統的技術資料，充分地進行設計及論證、協商，制定詳細的安裝方案。安裝人員作業前應學習有關安全生產知識、規章制度及安全技術操作規程，增強安全意識，提高安全生產技能，在施工中嚴格執行電力建設安全施工管理的有關規定，認真采取防護措施，嚴防事故，在保證工程順利進行的同時達到相關技術要求。進場前，準備好安裝需用到的全部工具、設備、材料，高壓室內需用的連接線需事先做好線頭，盡量縮短在高壓室的施工時間。當在開關柜安裝溫度傳感器時，一定要遵照安裝方案，注意人身及設備安全。各設備的安裝位置一定要考慮周全，特別是在高壓開關柜部分，傳感器的安裝一定要做到不漏檢[3]。安裝完畢后，要留心檢查，不要留下任何隱患，若發現有漏檢的情況，一定要立即排查。必須做到檢測準確，設備位置標示清楚，無系統漏檢情況。

2 聲波測溫系統功能及技術指標

新研制的基于聲表面波技術的無源無線溫度在線監測系統能夠實現實時在線的溫度監測，保證設備的安全運行，無線傳輸方式不影響高壓絕緣，避免有線方式“爬電”的隱患；傳感器完全無源，不帶電池，免維護，同時也避免了電池高溫爆炸和化學泄露等隱患；無源溫度傳感器體積小，安裝簡單，不受設備結構和空間影響。裝置主要部件參數及功能如下。

（1）傳感器：溫度感應器，其核心構件—用于溫度檢測的單端對SAW諧振器工作頻率為432～442 MHz，諧振器的空載品質因子大于10 000，插入損耗低于3 dB，溫度系數為20×10-6；

（2）讀取器：信號發射與采集功能，發射功率：〈20 dBm；

（3）傳感器讀取距離：〉1 m；

（4）傳感器的溫度在-25～125 ℃范圍內，精度為±2 ℃；

（5）傳感器耐受溫度范圍為-50～200 °C；

（6）材料標準：美國機械工程師協會（American Society of Mechanical Engineers，ASME），電氣標準：國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）；

（7）符合EMC安全規范和低電壓裝置規范；（8）系統符合歐洲的EEx de IIC T4標準。

3 測溫系統最終成果

通過對研制的測溫系統進行實驗驗證以及實地部署和長期運行測試，結果證明該產品運行穩定可靠，長期運行過程中信號穩定而且溫度沒有漂移，6個測溫點溫度基本保持一致，隨著負荷變化測溫點溫度呈現周期性的變化。傳感器高低溫實驗曲線如圖3所示。

圖3 傳感器高低溫實驗曲線

通過對該產品全面的測試，認為該產品具有“無源”“無線”“免維護”“實時在線”等多個優點，且具有較強的抗干擾、抗惡劣電磁環境的能力，特別適合應用在電網測溫領域，該產品解決了現有測溫產品諸多的問題，完全可以取代現有產品在電網領域大規模的推廣應用。

4 結語

聲波測溫系統成功將SAW聲表面波技術應用到電網測溫領域，結合射頻技術、嵌入式軟件技術，將三學科交叉研制出新型的測溫系統。該系統具備現有測溫產品所不具備的優勢，傳感器本身完全無源避免了后期維護，無線傳輸方便了現場施工。諸多優點特別適合于電力測溫領域。本項目根據電力設備實際測溫需要，研制出了適合電力設備安裝配套的傳感器結構，安裝方便靈活。該項技術如能批量應用將解決現有電力測溫的難題，改變現有人工巡檢的工作方式，為國內的電力設備智能化在線監測提供很好的解決方案。

[1]牟元恩.電力系統通信機房智能溫控系統設計與實現[J].無線互聯科技，2017（9）：66-67.

[2]馬平，劉南南.基于聲波測溫和LSSVM_GA的電廠NO_x排放建模與優化[J].中國測試，2016（3）：118-122.

[3]劉勇求，王文斌.基于閾值預警功能的高壓開關柜光纖測溫系統設計與測試[J].實驗室研究與探索，2017（7）：68-71.

Study on the acoustic wave temperature measurement technology for switch cabinet

Liu Yueqin
（State Grid Shanxi Electric Power Xinzhou Electric Power Supply Company, Xinzhou 034000, China）

This paper studies the acoustic wave temperature measurement technology for switch cabinet. The wireless passive sensing system based on surface acoustic wave, mainly to solve the problems of strong electromagnetic interference under the condition of serious,measurement of short time, real time monitoring of the difficult in current measurement in high voltage, which improves the intelligent level of maintenance personnel, playing a role for the intelligent level of power grid.

switch cabinet; acoustic wave temperature measuring; system

劉月琴（1967— ），女，山西忻州人，高級工程師，學士；研究方向：電力系統通信。