基于無線溫度傳感器的實時遠程測溫技術(shù)研究

羅一鑌 楊元凱 殷青義 曹 波

（國網(wǎng)浙江玉環(huán)縣供電公司，浙江 臺州317600）

0 引言

電力設(shè)備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全運行的重要保障，隨著經(jīng)濟的快速增長，國家電網(wǎng)的供電負荷日益增加，同時也給電網(wǎng)電氣設(shè)備帶來了一系列的安全問題。電網(wǎng)設(shè)備中的觸頭和接頭是電網(wǎng)安全的重要隱患，如高壓開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期大電流、觸頭老化等因素易導致接觸電阻增大，造成觸頭溫升過高，最終發(fā)生高壓柜燒毀事故。電纜接頭隨著運行時間的延長會出現(xiàn)壓接頭松動、絕緣老化以及局部放電、高壓泄漏等問題，從而引起發(fā)熱和溫升，這將使其運行狀況進一步惡化，促使溫度進一步提升，這一惡性循環(huán)的結(jié)果就是引發(fā)短路放炮，甚至火災。因此，電力設(shè)備安全運行實時監(jiān)控的實施迫在眉睫。相比常見的示溫蠟片法、紅外測溫儀、光纖測溫系統(tǒng)等，電力無線測溫系統(tǒng)實時性強、性價比高、安全可靠，利用該方式測量高壓環(huán)境溫度已成為一種必然趨勢。

1 系統(tǒng)實現(xiàn)方式

無線測溫終端采用自取電的方式進行供電，采用全數(shù)字方式工作，該終端附著在高壓電器上，等電位監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)。無線測溫終端把溫度信號通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器，采集器可以接收多個測溫終端的數(shù)據(jù)，同時把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊，然后進行組網(wǎng)傳輸，每個采集器就是一個Zigbee節(jié)點設(shè)備，相鄰的節(jié)點通過集中器組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與各個節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)通信以及收集匯總，最終通過GPRS上傳給監(jiān)控中心。為保證Zigbee網(wǎng)絡(luò)的可靠穩(wěn)定和實時性，可以在輸電線路中組成若干個網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心可以實時監(jiān)控每個發(fā)熱點溫度的變化，工作人員足不出戶就能掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進而作出正確的決策。

2 系統(tǒng)組成

無線測溫系統(tǒng)旨在解決常規(guī)測溫手段實時性差、受安裝環(huán)境限制大、無法實現(xiàn)對封閉設(shè)備測溫的難題，滿足戶外輸配電線路及無人值守變電站對主要設(shè)備溫度實時監(jiān)控的需求。在實際設(shè)計中主要需解決以下問題：對主要設(shè)備關(guān)鍵部位溫度的實時采集，溫度信號的傳輸方式及監(jiān)控中心后臺軟件的設(shè)計。系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)備包括：

（1）無線測溫終端。無線測溫終端采用電流互感取電的方式供電，包括溫度傳感器和測溫主機。溫度傳感器附著在發(fā)熱點上，并和測溫主機通過導線相連接。溫度采樣后，測溫主機把溫度數(shù)據(jù)通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器。

（2）采集器。采集器可以同時接收多個測溫終端的數(shù)據(jù)，進行匯總處理，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊，進行組網(wǎng)傳輸，每個采集器就是一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點設(shè)備，相鄰的節(jié)點可以組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與各個節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，有效解決了頻段為433MHz的無線方式傳輸數(shù)據(jù)距離有限的問題，擴大了溫度監(jiān)控的有效范圍。

（3）集中器。由集中器組建成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點設(shè)備的數(shù)據(jù)進行匯總，然后通過GPRS把數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控中心。若輸電線路距離很遠，可以由若干個集中器把相鄰的節(jié)點設(shè)備各自組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)溫度采樣的實時性。

（4）監(jiān)控中心后臺軟件。通過配套軟件的開發(fā)應(yīng)用，無線測溫系統(tǒng)監(jiān)控端可對采集的數(shù)據(jù)進行分組編輯定義，實現(xiàn)不同的預警功能；還可以應(yīng)用軟件建立歷史溫度數(shù)據(jù)庫，為電力系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)檢修提供決策信息，提高決策的正確性。

3 關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

無線測溫終端的供電方式為感應(yīng)取電，即將高壓輸電線路周圍感應(yīng)的電磁能量轉(zhuǎn)化為電能。該終端的取電性能超強，無工作盲點。只要有3A以上一次電流就可以讓測溫主機正常工作。取電感應(yīng)線圈采用特殊的軟磁合金材料，產(chǎn)熱很小，在5000A的大電流下對檢測點沒有任何影響，不同于傳統(tǒng)硅鋼片，取電能量很高，產(chǎn)熱很嚴重，會升高檢測點的溫度。對于感應(yīng)取電方式的監(jiān)測模塊往往存在模塊本身在大電流情況下產(chǎn)熱嚴重的問題，喉箍式雙模測溫終端通過對材料和結(jié)構(gòu)的改進，完全避免了該現(xiàn)象。通過以上措施，保證無線測溫終端穩(wěn)定可靠，抗干擾性強。

無線測溫終端通過433MHz的無線信號把溫度信息傳給采集器，采集器可以同時接收多個無線測溫終端的溫度信息，但由于是無線信號，無法把溫度信息直接傳輸給監(jiān)控中心，若每個采集器都加裝一個GPRS模塊，成本勢必會比較高，同時也增加了系統(tǒng)的復雜程度。因此，為簡化系統(tǒng)，同時保證數(shù)據(jù)可靠實時傳輸，采用了Zigbee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作可靠、價格低的特點。它是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間都可以相互通信。正是由于這些特點，在采集器中內(nèi)置了Zigbee模塊，使之成為一個Zigbee節(jié)點設(shè)備，集中器把相鄰的采集器組成網(wǎng)絡(luò)，進行溫度數(shù)據(jù)傳輸及匯總，最終通過GPRS上傳給監(jiān)控中心。這樣一來，可以大大減少GPRS模塊的裝配數(shù)量，有效地降低了成本。在長距離的輸配電線路中，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性，可以組建若干個Zigbee網(wǎng)絡(luò)。這樣就保證了在戶外環(huán)境惡劣的條件下，無線測溫終端的溫度數(shù)據(jù)也得到有效便捷的傳輸，大大增加了系統(tǒng)的靈活性、可靠性。

4 系統(tǒng)特點

（1）測溫終端采用分體設(shè)計。溫度傳感器與測溫主機采用分體設(shè)計，溫度傳感器與測溫主機之間通過帶屏蔽、抗高溫老化線連接，傳感器位于高溫區(qū)，而測溫主機遠離高溫區(qū)。另外，測溫主機與所連接母排或?qū)Ь€間有一定的縫隙，有效地阻隔了熱傳導，保障測溫主機工作在正常溫度，提高了設(shè)備運行的可靠性。

（2）組網(wǎng)靈活，范圍廣。通過Zigbee技術(shù)，把相鄰的各個節(jié)點設(shè)備組成小網(wǎng)絡(luò)；通過GPRS移動通信網(wǎng)將各個小網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，可以組成大范圍的遠方溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

（3）可靠性高。系統(tǒng)處于高電壓環(huán)境中，具備高度的可靠性和安全性，保障了監(jiān)控人員及監(jiān)測系統(tǒng)、電力設(shè)備的安全。

（4）結(jié)構(gòu)合理。由于電力系統(tǒng)中設(shè)備運行環(huán)境復雜，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計保障了設(shè)備安裝適用不同的環(huán)境。選用器件集成度高，功耗低，可靠性高。多層屏蔽技術(shù)抗干擾能力強，軟件輔助糾錯保證了數(shù)據(jù)采集準確、傳輸可靠。

5 結(jié)語

無線遠程測溫系統(tǒng)可以實時監(jiān)測輸配電線路各個發(fā)熱點的溫度情況，有效地減少了設(shè)備巡視次數(shù)，降低了運營成本。另外，通過長時間的運行數(shù)據(jù)收集整理，輸配電線路各主要設(shè)備均建立了自己的溫度數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修提供了決策信息，有利于共同營造安全生產(chǎn)的良好氛圍，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標。

［1］徐元哲，王樂天，劉雪冬，等.電力電纜接頭測溫系統(tǒng)的設(shè)計［J］.高電壓技術(shù)，2009（12）

［2］張改性，李海洲，張國方.電力設(shè)備無線測溫系統(tǒng)［J］.農(nóng)村電氣化 ，2010（8）

［3］李華陽，尚宇煒，吳成才，等.高壓電纜感應(yīng)式取電電源分析及設(shè)計［J］.電力電子技術(shù)，2012（10）