無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫系統設計及在高壓開(kāi)關(guān)柜中的應用

摘要：電力傳輸系統中，發(fā)電廠(chǎng)、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜起著(zhù)關(guān)鍵性的作用，隨著(zhù)電網(wǎng)設備技術(shù)的發(fā)展，高壓開(kāi)關(guān)柜也得到廣泛的使用。溫度是表征開(kāi)關(guān)柜運行正常的一個(gè)重要參數，在使用開(kāi)關(guān)柜的過(guò)程中，普遍存在開(kāi)關(guān)柜內部過(guò)熱現象，并且由于高壓開(kāi)關(guān)柜的密閉性，在負荷較重的地區，引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升超標現象。開(kāi)關(guān)柜設備長(cháng)期的超溫運行，會(huì )降低設備的性能及使用壽命，引發(fā)設備故障，影響電網(wǎng)的正常運行，甚至引起電氣火災，造成巨大經(jīng)濟損失。高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度在線(xiàn)監測系統越來(lái)越得到用戶(hù)的認可和重視，目前感應取電無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度在線(xiàn)監測系統在高壓開(kāi)關(guān)柜上得到廣泛應用，無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫傳感器安裝維護方便，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)在線(xiàn)，可以代替傳統的人工定期巡檢的方式，發(fā)現電力設備的溫度異常，保證設備安全運行。

關(guān)鍵詞：無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器；高壓柜測溫；電氣接點(diǎn)測溫；測溫系統

概述：無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫系統主要由設備層的無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器和溫度顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的無(wú)線(xiàn)測溫系統主機組成，實(shí)現高壓柜關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

1、無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的設計依據

    無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的取電應用法拉第電磁定律，充分利用高壓開(kāi)關(guān)柜內三相母線(xiàn)電流產(chǎn)生的大量電磁能，根據電流互感器模型進(jìn)行設計。高壓母線(xiàn)作為取電互感器的一次側線(xiàn)圈，取電線(xiàn)圈作為取電互感器的二次側線(xiàn)圈，組成取電電路。 取電電路關(guān)鍵在于導磁材料的選擇，電路選擇了1J85型坡莫合金帶，坡莫合金帶是一款高導磁合金材料， 其特點(diǎn)是高初始磁導率，高磁感，低損耗，縮小了磁性元件的體積，此外合金帶在潮濕的環(huán)境中耐腐蝕性強。

2、無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的硬件設計

    無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的硬件電路主要包括電源模塊，處理單元，射頻模塊，測溫模塊。

    電源模塊為整個(gè)電路板供電，由電磁線(xiàn)圈取電后的鉗位保護電路，整流電路，電壓檢測，線(xiàn)性穩壓器，儲能電容組成。為了縮小產(chǎn)品的整個(gè)尺寸，處理單元和射頻模塊采用集成MCU單元和射頻單元的低功耗無(wú)線(xiàn)單片機，此設計簡(jiǎn)化了整個(gè)電路設計復雜性，又實(shí)現了電路尺寸50%以上的縮減。測溫模塊采用數字式溫度傳感器，傳感器具有低功耗，數字通信穩定的特點(diǎn)。

3、無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的軟件設計

    無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的軟件采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，編程需要注意規范，代碼簡(jiǎn)潔易讀，傳感器為低功耗設計，需要控制好整個(gè)電路系統的功耗，及時(shí)對單片機和外設進(jìn)行休眠或電源關(guān)斷，使得系統空閑時(shí)電流消耗不超過(guò)2uA。

    為了保障傳感器系統的可靠運行，需要正確配置單片機的看門(mén)狗，保證不會(huì )出現傳感器死機的情況。此外還要防止傳感器通信碰撞，提高通信抗干擾性能，采用隨機延時(shí)的算法進(jìn)行溫度上報，并對通信數據進(jìn)行CRC校驗，濾除異常數據。

4、無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器的主要性能與安裝

    按照以上的原理和方法設計出的無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫傳感器ATE400，可在一次回路電流在5~5000A范圍內取電工作，每15秒進(jìn)行一次測量發(fā)熱點(diǎn)溫度并無(wú)線(xiàn)上傳至柜面安裝的顯示單元。傳感器溫度測量范圍為-50℃~+125℃，精度高達±1℃，測溫分辨率0.1℃，體積小巧，安裝方便，抗干擾性能強，廣泛應用于高壓柜電氣接頭測溫。

圖1 高壓柜靜觸頭溫度監測

圖2 高壓柜電纜頭溫度監測

5、無(wú)線(xiàn)測溫接收裝置主要功能

 無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式將采集到的電氣溫度傳輸至無(wú)線(xiàn)測溫接收顯示單元ARTM-Pn。顯示單元可無(wú)接收多達60個(gè)ATE400傳感器的數據，傳感器和顯示單元之間通過(guò)數字ID進(jìn)行識別，準確定位每個(gè)電氣發(fā)熱點(diǎn)的溫度。顯示單元嵌入式安裝在高壓柜面，實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)溫度，并且可以根據用戶(hù)設定預警、報警溫度值，實(shí)現高溫預警、超溫告警、相間溫差報警、溫度突變量告警等功能，裝置可存儲120條帶有時(shí)標的告警記錄，同時(shí)告警時(shí)繼電器出口可以控制聲光報警器，幫助用戶(hù)及時(shí)發(fā)現故障，盡快分析查找設備故障原因，恢復正常供電。此外顯示單元還可以選擇電參量測量功能，測量數據包括電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、電能等，精度高達0.5級。顯示單元所有測量數據都可以通過(guò)485接口及標準Modbus-RTU協(xié)議接入邊緣計算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )組網(wǎng)，將數據上傳至無(wú)線(xiàn)測溫監測系統主機。

6、無(wú)線(xiàn)測溫系統的功能及界面

無(wú)線(xiàn)測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下功能：

溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

7、總結語(yǔ)

    無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫系統在高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監測的應用，解決了長(cháng)期以來(lái)高壓開(kāi)關(guān)柜需要人工現場(chǎng)測溫，開(kāi)關(guān)柜內部溫度無(wú)法測量，數據存儲困難等問(wèn)題，大大減少了設備檢修預試停電次數和時(shí)間，減輕了日常巡檢的工作量，提高人員工作安全性。無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫系統能及時(shí)發(fā)現各關(guān)鍵點(diǎn)部位的溫度異常狀況，避免連接部位老化或接觸電阻過(guò)大而產(chǎn)生過(guò)熱現象，為電力安全生產(chǎn)和供電提供了有力保證，提高了設備的智能性。

編輯：安科瑞 孫斌

公司：江蘇安科瑞電器制造有限公司