淺談無(wú)源供電測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)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(duì)開(kāi)關(guān)柜等發(fā)熱設(shè)備的監(jiān)測(cè) ，傳統(tǒng)的測(cè)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(chǎng)實(shí)際使用需求 ，造成了設(shè)備監(jiān)測(cè)缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段以及實(shí)施成本較高等問(wèn)題。本文針對(duì)無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā) ，提出了一種基于聲表面波技術(shù)的測(cè)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(cè) ；無(wú)線測(cè)溫 ；變電站

0 引言

電力系統(tǒng)設(shè)備在長(zhǎng)期的運(yùn)行中 ，往往容易產(chǎn)生老化或過(guò)熱現(xiàn)象 ，這些現(xiàn)象如果沒(méi)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(guò)自動(dòng)化來(lái)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(cè)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(wèn)題。無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了一種基于聲表面波（SAW） 的全新的測(cè)溫技術(shù)。

1 系統(tǒng)建設(shè)的意義

通過(guò)無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)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(cè)。無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為有效消除電網(wǎng)因開(kāi)關(guān)柜因過(guò)熱帶來(lái)的安全運(yùn)行隱患提供了有效的技術(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(guò)定期的巡檢來(lái)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(zhǎng) ，往往不能及時(shí)解決。通過(guò)建立在線監(jiān)測(cè)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 ，將更加有效的保障設(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(cè)溫度變化趨勢(shì) ，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(cè)系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器、測(cè)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(kāi)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(kāi)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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綔y(cè)溫主控終端 ，在測(cè)溫主控終端上再通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)無(wú)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(guò)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(cè)溫主控終端

測(cè)溫主控終端是無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)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(guò)CAN總線或無(wú)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(cè)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(cè)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(cè)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(shì)和曲線 ，查看分析歷史記錄 ，該顯示可以通過(guò)電力系統(tǒng) SCADA 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) ，也可以通過(guò)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(guò)測(cè)溫主控終端的設(shè)定 ，按照現(xiàn)場(chǎng)管理需求 ，對(duì)溫度界限、值等進(jìn)行管理 ，在溫度超過(guò)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(shì)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(guò)無(wú)線方式采集開(kāi)關(guān)柜內(nèi)一組傳感器的溫度數(shù)據(jù)，其安裝位置沒(méi)有特別的要求，以方便取電、走線為原則，如開(kāi)關(guān)柜的儀表室。

測(cè)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(chǎng)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(cè)溫主控終端均配置無(wú)線通信模塊 ，它們通過(guò)無(wú)線通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，變電站內(nèi)無(wú)需布線。

3 安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)介紹

安科瑞無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和專家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來(lái)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(wú)線測(cè)溫軟件。

3.1 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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(kāi)放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、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(cè)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(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開(kāi)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(jiǎn)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(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)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(cè)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(wú)線測(cè)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)備提供以下凡種告式：

 a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

          b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)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(wú)線測(cè)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(wú)線測(cè)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(guò)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(kù)修改等）?？梢远x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(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)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(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)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(cè)各個(gè)回路的測(cè)點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測(cè)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(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)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(cè)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(wú)線測(cè)溫終端產(chǎn)品選型

         安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫方案由無(wú)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(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 安科瑞無(wú)線溫度傳感器

無(wú)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(wú)線收發(fā)器

            無(wú)線測(cè)溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)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(guò)RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開(kāi)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(chǎng)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(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

4 結(jié)論

無(wú)線溫度傳感裝置及配套管理系統(tǒng) ，溫度測(cè)量傳感器無(wú)需供電 ，從而減少了日常檢測(cè)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(cè)、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。

【參考文獻(xiàn)】

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

[2] 曾強(qiáng).無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究應(yīng)用

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