無源電無線測溫在線監測系統研究應用

亓振新 劉曉艷 許強 張斌 呂勝軍 朱曉陽 崔東海 徐繼凱

摘要：無源供電無線測溫在線監測系統是一種基于聲表面波技術的測溫技術，在變電站監測方面得到了很好的技術實踐應用。本文對無源供電無線測溫在線監測系統研究應用進行分析研究。

關鍵詞：設備檢測；無線測溫

在電力系統設備在長期的運行中，往往容易產生老化或過熱現象，這些現象如果沒有及時發現和解決，可能會造成嚴重的事故。而對于變電站設備的維護和監控，往往由于地理位置偏遠，管理人員不能面面俱到，巡檢和維護的難度較大。因此，通過自動化來實現遠程監控和預警系統就變得十分必要，也成了管理人員的重要手段。無源供電無線測溫在線監測系統提出了一種基于聲表面波（SAW）的全新的測溫技術。

一、無源供電無線測溫在線監測系統的應用意義

（一）實現設備運行溫度實時監測

無源供電無線測溫在線監測系統為有效消除電網因開關柜因過熱帶來的安全運行隱患提供了有效的技術手段，解除由此造成經濟危害和社會損失的可能。

（二）輔助實現設備的狀態檢修

傳統的檢修模式，對于設備故障的維護，往往是通過定期的巡檢來發現和解決，特別是對于偏遠地區的維護時間和周期較長，往往不能及時解決。通過建立在線監測系統，可以對設備的狀態進行實施監控和預警，更新了變電站的設備的維護模式，將更加有效的保障設備安全穩定運行。

（三）為科學調度提供參考依據

建立溫度與負荷的關聯分析模型，根據負荷情況預測溫度變化趨勢，為負荷控制提供決策依據。電力設備的狀況可能會對整個電網的情況造成較大影響，并且能反映出電網的運行情況和負荷等。因此，對電力設備狀況的研究和監控，將有助于電力系統的整體運行和輔助決策。

二、善于無源供電無線測溫在線監測系統

（一）系統組成

在線監測系統主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監控應用系統組成。溫度采集器的作用是進行變電站設備刀閘、開關等接觸點的溫度采集，溫度采集器根據需要布置在多個點位上。溫度傳感器將多個開關柜的多個點采集到的溫度數據進行匯總，并將數據通過無線網絡傳輸到測溫主控終端，在測溫主控終端上再通過監控應用系統進行數據的存儲、統計、分析和預警等應用。

（二）溫度傳感器

溫度傳感器是通過聲表面波原理，在設備表面接受到信號后，利用材料的物理特性將信號轉換成電信號。通過安裝在設備表面的溫度采集器進行溫度數據的采集和溫度傳感器的反射波的接收，可以獲得連續的、穩定的實時溫度數據，為下一步的數據分析提供原始數據。

（三）溫度采集器

溫度采集器和溫度傳感器是對應的，溫度采集器負責發射射頻信號，溫度傳感器通過無線通信負責處理該信號，并上傳到主控終端。

溫度采集器的發射頻率為428-439MHz，發射信號為單頻信號，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，轉換成可以識別的電信號，從而獲得溫度參數。

（四）測溫主控終端

測溫主控終端是無源供電無線測溫在線監測系統的核心設備，主控終端是對采集到的數據的后期處理，包括數據存儲、數據分析和數據統計、溫度告警、數據轉發、參數設置及協議轉換。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。根據設定的參數，分析溫度信息以確定是否產生告警信息；上行與主站系統的通訊采用RS485接口，并按照一定的規約，以實現數據的傳輸。

（五）監控應用系統

監測系統的應用包括系統的設備參數設定、溫度信息的獲取和數據的分析應用和系統預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統自動化系統中，作為一個模塊作為應用，也可以作為一套獨立的系統，用于溫度的監測和預警。這些功能都將對多臺電力設備的狀況監測一體化，有助于設備管理人員了解分析狀況，保證設備的正常運作。

（六）系統功能設計

1.溫度顯示。對于設備各點的溫度實時顯示，溫度的發展趨勢和曲線，查看分析歷史記錄，該顯示可以通過電力系統SCADA系統中實現，也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。

2.報警功能。報警功能是通過測溫主控終端的設定，按照現場管理需求，對溫度界限、絕對值等進行管理，在溫度超過設定值，進行預警，預警的方式包括主控終端蜂鳴預警、指示燈閃爍預警和短信息預警等。

3.設備參數設定。設備參數的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發射和接受信號的頻率設定以及系統時間等功能。

4.綜合分析。綜合分析功能是對設備的溫度進行故障分析、歷史趨勢分析以及數據進行統計應用等高級應用功能，專家系統將為管理者提供設備故障分析結果，供參考和輔助決策。

5.遠程維護。系統的遠程維護功能是對系統的故障數據分析統計結果的基礎上，實現的遠程運行維護，可以對設備的初始化、重啟以及系統升級等。

（七）通信方式

溫度采集器：通過無線方式采集開關柜內一組傳感器的溫度數據，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，提供所有站內溫度采集裝置與本地主站系統或遠程監控系統的統一的通信接口及協議轉換。

站內各溫度采集器、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據交換，變電站內無需布線。

三、結論

無線溫度傳感裝置及配套管理系統，溫度測量傳感器無需供電，從而減少了日常檢測維護成本。該配套管理系統提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、日常溫度監測、設備狀態評估等功能，避免重大因溫度導致的故障的發生。系統的研究和實施產生了良好的經濟效益和社會效益，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，2015，27（9）：26-30.

[2]陳明，范東遠，李歲勞，聲表面波傳感器[M].西安：西北工業大學出版社，2015，27-29.

[3]劉慶輝.基于MEMS的聲表面波器件設計與制作的關鍵技術研究[D].合肥：國防科學技術大學研究生院，2015.

[4]程建春，田靜.創新與和諧—中國聲學進展[M].北京：科技出版社，2016：282-309.

[5]謝曉，王文，劉明華，等.一種覆蓋聚合物敏感膜的聲表面波兩端對諧振器結構氣體傳感器仿真方法[J].聲學技術，2012，31（4）：122-124.