應(yīng)用聲表面波技術(shù)的高壓開關(guān)柜實時測溫系統(tǒng)分析

張偉

摘 要 以聲表面波技術(shù)為依托的實時溫測系統(tǒng)，測量精度高，設(shè)置簡便，對變電站的設(shè)備溫度監(jiān)測十分有利。本文闡述了聲表面波技術(shù)與一般溫測技術(shù)的差別，并分別從系統(tǒng)構(gòu)成，工作原理，具體構(gòu)建以及實例分析等對高壓開關(guān)柜聲表面波實時溫測系統(tǒng)進行了分析。

【關(guān)鍵詞】聲表面波技術(shù) 高壓開關(guān)柜 實時測溫系統(tǒng)

運維人員可以通過眼觀、耳聞等方式掌握設(shè)備的基本情況。但是高壓開關(guān)柜作為封閉式設(shè)備，直接觀測法難以發(fā)現(xiàn)設(shè)備的內(nèi)部問題。尤其是發(fā)熱問題屬于設(shè)備的動態(tài)發(fā)展問題，需要借助一定的發(fā)熱檢測技術(shù)來將設(shè)備發(fā)熱遏制在萌芽之中。

1 聲表面波技術(shù)與一般測溫技術(shù)的比較

高壓開關(guān)柜屬于強電設(shè)備，并處于強磁工作環(huán)境下，對測溫技術(shù)適用的傳感器的穩(wěn)定性和安全性要求嚴格。紅外線測溫、光纖測溫、CT測溫等，紅外線測溫是基于適用于人工巡檢，不利于關(guān)鍵點溫度的監(jiān)測。光纖測溫受會收到光纖材料本身長度的限制，布線復(fù)雜，實施的難度比較大。CT類測溫傳感器體積比較大，且易因接頭電流發(fā)生燒壞的可能性，因此不適用于高壓開關(guān)柜的實時溫度監(jiān)測。聲表面波（SAW）技術(shù)所使用的傳感器屬于無源無線設(shè)備，能夠保留足夠的安全電氣間隔距離，且質(zhì)輕體小，易于安裝，能夠抵抗高磁的干擾，進行穩(wěn)定工作。

2 高壓開關(guān)柜聲表面波技術(shù)實時測溫系統(tǒng)

2.1 實時測溫系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理

基于聲表面波技術(shù)的實施測溫系統(tǒng)由聲表面波溫度傳感器（SAW溫度傳感器）、數(shù)據(jù)閱讀器、數(shù)據(jù)傳輸路由器以及監(jiān)測主站組成。SAW溫度傳感器、數(shù)據(jù)閱讀器及數(shù)據(jù)傳輸路由器對高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度測點進行數(shù)據(jù)采集，最終上傳至監(jiān)測主站進行數(shù)據(jù)分析和管理。所謂的聲表面波就是一種沿物體表面進行傳播的彈性波。該系統(tǒng)利用SAW技術(shù)與微電子技術(shù)、信號處理技術(shù)、大數(shù)據(jù)等結(jié)合，采集高壓開關(guān)柜的聲表面波，并結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)的溫度標準數(shù)據(jù)進行溫測和告警。

2.2 實時測溫系統(tǒng)的具體運行

2.2.1 SAW溫度傳感器

SAW溫度傳感器是實現(xiàn)溫度監(jiān)測的主要組件，它由壓電材料（一般為鈮酸鋰材料）、反射柵、叉指換能器等組成。它是單端口諧振型結(jié)構(gòu)，屬于高品質(zhì)因數(shù)、低插入損耗和穩(wěn)定頻率的設(shè)備。溫度傳感器直接安裝于高壓開關(guān)柜體內(nèi)部并與需要測溫的隔離觸頭、母排連接等部位相連。以獲得其表面溫度的準確信號。SAW溫度傳感器通過無線射頻信號與數(shù)據(jù)閱讀其完成數(shù)據(jù)交互和信號轉(zhuǎn)化。根據(jù)高壓開關(guān)柜的監(jiān)測需求，每個測溫系統(tǒng)應(yīng)配置6個溫度傳感器，分別監(jiān)測上下兩室。根據(jù)數(shù)據(jù)分析規(guī)律來看，溫度傳感器所返回的頻率值ft與實測溫度值Tt呈線性關(guān)系。目前來講溫度傳感器的測溫范圍可達到-25℃±125℃的范圍。溫度差異不超過2℃。與閱讀器的互為感應(yīng)距離為2～5米。

2.2.2 數(shù)據(jù)閱讀器

數(shù)據(jù)閱讀器向傳感器發(fā)出問詢信號，形成溫度監(jiān)測工作流?；跍囟葌鞲衅鞯膯味丝谥C振結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)閱讀器的信號發(fā)出與接收均通過射頻信號來完成，工作時，閱讀器的射頻芯片按照一定的時序，按照2Mhz的增長規(guī)格，分別向6個SAW溫度傳感器發(fā)出430Mhz～440Mhz的問詢信號，傳感器針對不同頻率的信號進行應(yīng)答，從而實現(xiàn)射頻信號分組，并判斷發(fā)出射頻信號的測點。為了滿足測點問詢的需求，采取雙芯片的結(jié)構(gòu)來對信號進行處理，并自帶A/D信號轉(zhuǎn)換模塊，實現(xiàn)模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。這樣單獨的數(shù)據(jù)閱讀器就可以滿足6個溫度傳感器的數(shù)據(jù)分析需求。數(shù)據(jù)閱讀器的信號讀取速度可達到10ms/次。數(shù)據(jù)閱讀器通過內(nèi)置的基于 IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議的短距離無線通訊技術(shù)ZigBee模塊來實現(xiàn)與數(shù)據(jù)傳輸路由器的通訊。

2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸路由器

數(shù)據(jù)傳輸路由器對數(shù)據(jù)閱讀器的溫測數(shù)據(jù)進行管理，并可以與多個閱讀器構(gòu)成ZigBee塊節(jié)點的通訊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該路由節(jié)點方式自愈能力強，可實現(xiàn)自由組網(wǎng)。免除了單一節(jié)點損壞而造成的連鎖通訊影響。數(shù)據(jù)傳輸路由器向上與監(jiān)控主站相連，按照10M/100M的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)接口接入變電監(jiān)測主系統(tǒng)。

2.2.4 監(jiān)測主站

所謂的監(jiān)測主站就是對SAW溫度傳感器、數(shù)據(jù)閱讀器以及數(shù)據(jù)傳輸路由器所傳遞的溫測數(shù)據(jù)進行匯總，納入變電監(jiān)測的總數(shù)據(jù)庫，并對匯總的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表的方式進行呈現(xiàn)。并按照實測溫度與系統(tǒng)中存儲的標準溫度信息進行比較后向運維管理人員發(fā)出三級告警信息。監(jiān)測主站的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)由歷史數(shù)據(jù)庫、專家數(shù)據(jù)庫、案例數(shù)據(jù)庫、基本信息數(shù)據(jù)庫以及實時溫變信息數(shù)據(jù)庫組成。當發(fā)生溫變時，告警信息的緊急程度以警示燈和信息提示框的方式進行顯示。一級告警時，說明該高壓開關(guān)柜的內(nèi)部測點存在溫度升高的可能性；二級告警時，說明該高壓開關(guān)柜的內(nèi)部測點已經(jīng)發(fā)生溫度升高或者即將達到升溫標準；三級告警時，則表明該測點已經(jīng)發(fā)生嚴重溫變，必須立刻處理。通過三級告警分別實現(xiàn)溫升趨勢、超溫警報、溫度躍遷的監(jiān)測，根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫綜合制定故障排除方案，從而更有效的實現(xiàn)溫度控制和故障排除。

2.3 聲表面波實時測溫系統(tǒng)的實測分析

某110KV變電站共有10組高壓開關(guān)柜，在其中一柜體內(nèi)安裝一套聲表面波實時溫測系統(tǒng)。并在上線運行兩個月后進行采集數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)通過該溫測系統(tǒng)能夠有效的監(jiān)控高壓開關(guān)柜內(nèi)易發(fā)生升溫的部位，并適應(yīng)開關(guān)柜強電強磁的工作環(huán)境。期間開關(guān)柜的隔離觸頭、母排連接處分別發(fā)生了3次溫度躍遷和2次超溫現(xiàn)象。通過監(jiān)測主站的數(shù)據(jù)分析和故障排除方案具體實施，期間未發(fā)生高壓開關(guān)柜嚴重溫度故障，保障了該變電站的穩(wěn)定運行。

3 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用聲表面波技術(shù)的高壓開關(guān)柜實時溫測系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性強，能夠滿足高壓開關(guān)柜的溫測需求，實現(xiàn)高精度的溫度監(jiān)測和快速告警反應(yīng)，從而有效避免局面溫度異常對高壓開關(guān)柜穩(wěn)定運行的影響，對變電站的穩(wěn)定運行有重要意義，可根據(jù)變電站的設(shè)備溫測需求進行推廣使用。

參考文獻

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