高壓開關(guān)柜無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)分析

張偉

摘 要 各大電廠對(duì)高科技的應(yīng)用程序隨著科技發(fā)展水平的提升正在逐漸加深。高壓開關(guān)柜作為當(dāng)前各大變電站和發(fā)電廠中，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、可靠性的重要設(shè)備。本文特以高壓開關(guān)柜為立足點(diǎn)，通過對(duì)無源無線溫度檢測系統(tǒng)的簡單分析，從而就該系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方案展開研究，以期可以為提高該檢測系統(tǒng)的水平奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高壓開關(guān)柜 無源無線 溫度監(jiān)測系統(tǒng)

高壓開關(guān)柜是各大變電站和發(fā)電廠中為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的一種重要的電氣設(shè)備。隨著開關(guān)柜使用時(shí)間的增加，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備本身接觸電阻增加或者是導(dǎo)體、觸頭接觸不良的情況，若不對(duì)其進(jìn)行有效處理，則會(huì)帶來嚴(yán)重的安全事故。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)部接頭的溫度及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決相應(yīng)的安全隱患勢在必行。

1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)基本架構(gòu)

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理

聲表面波（SAW）傳感器為傳統(tǒng)的接觸測溫模式，可以感知柜內(nèi)易升溫測溫點(diǎn)上的溫度變化。其中，無源傳感器是以無線電波的方式，接收和發(fā)送天線板上發(fā)射出的間歇性特高頻信號(hào)。使工作人員可以借助無線測溫讀取器設(shè)備上的通訊接口，在同CAN總線連接后，上傳到監(jiān)測總站內(nèi)部的監(jiān)測服務(wù)器之上。由監(jiān)測服務(wù)器來完成存儲(chǔ)、分析、整理、記錄和溫度數(shù)據(jù)，在發(fā)現(xiàn)溫度超過最大限度時(shí)，提出警示，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)高壓開關(guān)柜溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。一般情況下，監(jiān)測服務(wù)器主要是借助網(wǎng)絡(luò)通信接口同電力系統(tǒng)內(nèi)部的局域網(wǎng)連接起來，對(duì)多個(gè)監(jiān)測站內(nèi)部的開關(guān)柜進(jìn)行聯(lián)往檢測，提升監(jiān)測系統(tǒng)的整體工作效率。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能

溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要具備以下幾項(xiàng)功能：

1.2.1 實(shí)時(shí)顯示柜內(nèi)溫度

每一臺(tái)高壓開關(guān)柜都會(huì)有對(duì)應(yīng)監(jiān)測的無線測溫讀取器，且每臺(tái)開關(guān)柜可以同時(shí)連接多個(gè)讀取器，設(shè)置較多的測溫點(diǎn)，將實(shí)時(shí)溫度值在監(jiān)測服務(wù)器和無線測溫讀取器上顯示出來。

1.2.2 自動(dòng)報(bào)警

當(dāng)測溫點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度超過設(shè)定的安全限定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警和報(bào)警信號(hào)，提醒工作人員。

1.2.3 存儲(chǔ)、查詢和分析溫度數(shù)據(jù)

同測溫點(diǎn)有關(guān)的溫度數(shù)據(jù)，會(huì)定期被存入到監(jiān)測服務(wù)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，工作人員可以通過查閱將某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的歷史新數(shù)據(jù)，繪制出測溫點(diǎn)的溫度變化曲線，從而了解開關(guān)柜的具體運(yùn)行狀態(tài)。

1.2.4 系統(tǒng)拓展

無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)使用的是標(biāo)準(zhǔn)化的總線連接形式，此種連接方式可以極大的拓展系統(tǒng)內(nèi)部高壓開關(guān)柜設(shè)備的安裝數(shù)量。

2 溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

2.1 無源溫度傳感器設(shè)計(jì)

在眾多的無源傳感器中，SAW傳感器是以溫度變化導(dǎo)致聲表面波的相關(guān)器件固有的諧振頻率變化，達(dá)到測量電氣設(shè)備實(shí)時(shí)溫度的目的。聲表面波的諧振器時(shí)SAW無源無線溫度傳感器的核心部件，其主要被分為諧振型與延遲線型兩大種類。在無源穩(wěn)固的傳感器中，壓電材料基片上表面的中央位置制備了一對(duì)叉指換能器元件，在兩個(gè)分別以周期性的排列方式，配置了兩組擁有多條反射柵陣列，使其能夠構(gòu)成法布里·珀羅諧振腔，而叉指換能器元件的使用，既可以完成數(shù)據(jù)的輸入，還可以完成輸出，而當(dāng)帶有射頻的電磁波被射入到叉指換能器之上時(shí)，電磁波就會(huì)隨之在壓電基片表面上形成所謂的聲表面波，之后，再經(jīng)過反射柵的作用，在叉指換能器上被反射出來，被轉(zhuǎn)換成電磁波，從而形成射頻反射波。一般情況下，諧振器上固有的諧振頻率，是由聲表面波實(shí)際傳播速速和叉指換能器元件的幾何尺寸來決定的。當(dāng)器件本身的溫度出現(xiàn)變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致固有諧振頻率出現(xiàn)變化。因此，相關(guān)人員可以通過選擇適合的叉指換能器，壓電基片切向和晶體材料等，才可以保證溫度系統(tǒng)高階項(xiàng)接近零，保證溫度和固有的諧振頻率處于近似的線性關(guān)系，確保只有能夠得到固有的諧振頻率，便能夠確定器件在各個(gè)時(shí)段的溫度。此外，入射波采用的主要是間歇性的電磁波，在入射波已經(jīng)消失之后，與之相應(yīng)的反射波幅度就會(huì)衰減，形成振蕩信號(hào)，在振蕩信號(hào)中心，其頻率就是諧振器固有的諧振頻率。由此可以推斷出，相關(guān)恩怨只需要了解反射波頻率，就可以確定器件運(yùn)行期間的實(shí)時(shí)溫度。這也是SAW諧振器能夠成為無源溫度傳感器，達(dá)到無源無線測溫目標(biāo)的重要原因。

2.2 無線測溫讀取器設(shè)計(jì)

在溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，無線測溫讀取器是由射頻收發(fā)器模塊、DSP控制處理模塊、存儲(chǔ)器芯片、鍵盤、LCD顯示模塊、溫度越限報(bào)警電路等幾大模塊所組成。其中，DSP控制處理模塊除了要負(fù)責(zé)對(duì)射頻信號(hào)發(fā)射器在運(yùn)行期間產(chǎn)生的電磁波進(jìn)行控制，對(duì)電磁波進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，使其可以變成間歇性電磁波，而后再由天線發(fā)射而出。當(dāng)無源溫度傳感器接收到反射波之后，要經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，將其送入到DSP模塊內(nèi)部，完成變換和采樣工作，最后在借助DSP模塊處理相應(yīng)的信號(hào)，以此來獲取到相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在溫度檢測系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)工作主要包括主程序、初始化程序，以及測量、顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)通信等子程序。在對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用CCS3.0作為主要的變成開發(fā)工具，利用C語言，通過匯編語言和混合編寫的方式，編制出相應(yīng)的軟件程序。當(dāng)系統(tǒng)軟件上電之后，就可以開始執(zhí)行初始化程序，完成對(duì)通信接口和DDS芯片、DSP和時(shí)鐘模式、LCD顯示等進(jìn)行初始化的操作。之后，軟件中的主程序開始循環(huán)執(zhí)行按鍵和掃描操作，在有案件操作時(shí)，參數(shù)設(shè)置子程序開始執(zhí)行操作，完成設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)的工作，而后在執(zhí)行測量自程序。軟件系統(tǒng)中的DSP定時(shí)器，會(huì)產(chǎn)生控制信號(hào)，對(duì)射頻信號(hào)發(fā)射和接收進(jìn)行有效控制，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行采樣存儲(chǔ)，并按照事先設(shè)定的算法，計(jì)算出開關(guān)柜在現(xiàn)階段測量出的溫度。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部測溫點(diǎn)的溫度超過了限定值時(shí)，就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，并調(diào)用各個(gè)子程序上顯示出的每個(gè)測溫點(diǎn)溫度，將從通信子程序上調(diào)用出的測量結(jié)果上傳到監(jiān)測服務(wù)器上，對(duì)所有的測溫點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3 總結(jié)

總而言之，同其他的無源無線溫度檢測手段相比，SAW監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)高壓開關(guān)柜實(shí)時(shí)檢測更加簡便。而無源溫度傳感器的應(yīng)用，有效解決溫度傳感供電困難的問題；無線測溫傳感器的使用，則極大的解決了高低電壓隔離困難的問題。但因?yàn)镾AW無源無線監(jiān)測系統(tǒng)在使用時(shí)，其本身具有溫頻特點(diǎn)，在抗干擾能力上有待完善。

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作者單位

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