無(wú)源電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究應(yīng)用

亓振新 劉曉艷 許強(qiáng) 張斌 呂勝軍 朱曉陽(yáng) 崔東海 徐繼凱

摘要：無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種基于聲表面波技術(shù)的測(cè)溫技術(shù)，在變電站監(jiān)測(cè)方面得到了很好的技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用。本文對(duì)無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：設(shè)備檢測(cè)；無(wú)線測(cè)溫

在電力系統(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。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)。

一、無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用意義

（一）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。

（二）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。

（三）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。

二、善于無(wú)源供電無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

（一）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。

（二）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)。

（三）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)。

（四）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。

（五）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。

（六）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.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。

2.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、絕對(duì)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。

3.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。

4.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。

5.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。

（七）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。

三、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，2015，27（9）：26-30.

[2]陳明，范東遠(yuǎn)，李歲勞，聲表面波傳感器[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2015，27-29.

[3]劉慶輝.基于MEMS的聲表面波器件設(shè)計(jì)與制作的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院，2015.

[4]程建春，田靜.創(chuàng)新與和諧—中國(guó)聲學(xué)進(jìn)展[M].北京：科技出版社，2016：282-309.

[5]謝曉，王文，劉明華，等.一種覆蓋聚合物敏感膜的聲表面波兩端對(duì)諧振器結(jié)構(gòu)氣體傳感器仿真方法[J].聲學(xué)技術(shù)，2012，31（4）：122-124.