基于開關(guān)柜聲表面波測溫技術(shù)

文/徐敏 顧晨

1 測溫裝置的分類及現(xiàn)狀

1.1 紅外測溫

紅外測溫是一種非接觸的測溫方式，其主要的工作原理就是黑體輻射定律。該技術(shù)主要是通過紅外線光束照射的方式，對于被測物體進(jìn)行溫度測量。在電力領(lǐng)域中，開關(guān)柜是非常重要的組成結(jié)構(gòu)部分，因為內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成比較復(fù)雜，光束也會被其他的元器件所遮擋，不會直接照射到被測的接點表面上，也就不能準(zhǔn)確的確定被測物體的溫度參數(shù)，即使出現(xiàn)錯誤后也不能有效的進(jìn)行溫度校正，通用性比較差，并且傳感器與采集裝置之間應(yīng)該設(shè)置導(dǎo)線聯(lián)結(jié)，該結(jié)構(gòu)在正常工作的過程中容易受到電磁干擾的影響。在早期的開關(guān)柜中，這種方式應(yīng)用比較普遍，而這種測溫方式并不應(yīng)用到金屬全封閉開關(guān)柜中，效果和質(zhì)量都比較差。

1.2 無線測溫

開關(guān)柜中應(yīng)用的無線測溫系統(tǒng)主要包括顯示儀、傳感器、后臺管理等多個部分，可以在多種使用條件下進(jìn)行開關(guān)柜的溫度檢測，并且進(jìn)行全面的監(jiān)測，使得管理人員能夠及時準(zhǔn)確的掌握系統(tǒng)的溫度情況，掌握設(shè)備運行狀態(tài)。在進(jìn)行測溫處理之后，可以將溫度參數(shù)以無線的形式直接傳輸該測溫通信的終端系統(tǒng)。這種方式的主要特點就是安全性高、準(zhǔn)確性高且可以靈活操作，并且能耗比較低，成本非常高，能夠使用到多種環(huán)境中。將系統(tǒng)的分散式溫度傳感器直接安裝到測溫點的結(jié)構(gòu)上，無線測溫裝置會直接安裝到開關(guān)柜上，然后通過無線通信的方式，有效的隔離高電壓涌入，確保應(yīng)用更加的安全和穩(wěn)定。但是該系統(tǒng)也存在明顯缺陷，那就是溫度傳感器需要合理的設(shè)置獨立電源裝置，要應(yīng)用電池進(jìn)行供電，后期維護(hù)管理成本比較高，而傳感器的安裝也是不同的，所以當(dāng)前主要應(yīng)用到高壓開關(guān)柜的測溫。

1.3 光纖測溫

科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景之下，光纖測溫技術(shù)也逐步的發(fā)展，因為該技術(shù)具備非常高的水平和優(yōu)勢所以被大量的應(yīng)用到實踐中，極大的促進(jìn)了當(dāng)前電力領(lǐng)域的發(fā)展。光纖測溫具備較高的絕緣性，也不會說到電力系統(tǒng)的強(qiáng)磁場干擾影響，測溫探頭的體積比較小，能夠在空間比較小的區(qū)域內(nèi)完成測溫，耐高溫、數(shù)據(jù)精確度高等是其主要優(yōu)勢。該技術(shù)可以應(yīng)用到測量位置上，也不會給開關(guān)柜的性能產(chǎn)生直接的影響，技術(shù)相對比較成熟。因為光纖測溫技術(shù)具備其他測溫裝置所不能企及的優(yōu)勢，所以被大量的應(yīng)用，尤其是高溫開關(guān)柜中，而該技術(shù)的缺陷則是成本比較高。

2 測溫裝置的主要特點

2.1 非接觸式測溫技術(shù)無法達(dá)到測溫工作的需要

當(dāng)前我國所應(yīng)用的開關(guān)柜主要是KYN、XGN、氣體絕緣、固體絕緣等組成結(jié)構(gòu)，一般接觸位置上被包裹而導(dǎo)致溫度測量無法順利進(jìn)行，這就要工作人員對于設(shè)備來進(jìn)行溫度測量，以保證正常工作的需要。

2.2 溫度傳感器的絕緣

因為設(shè)備往往是帶電工作的，同時也屬于高壓用電設(shè)備，測溫傳感器應(yīng)該裝到測溫點的位置上，而采集模塊會直接安裝到柜體的儀表門上，傳感器與采集器中間存在高電壓，所以應(yīng)該根據(jù)實際情況采取必要的絕緣處理措施，以避免高壓進(jìn)入到低壓設(shè)備中，如果因為絕緣性能較差或者絕緣距離不足，會導(dǎo)致短路故障的出現(xiàn)，進(jìn)而影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

2.3 溫度傳感器的絕緣

開關(guān)柜部件屬于全封閉的金屬結(jié)構(gòu)形式，在正常工作中內(nèi)部溫度相對來說比較高，并且系統(tǒng)需要承載比較大的電流，容易導(dǎo)致渦流或者強(qiáng)磁場的存在。此外，變電站結(jié)構(gòu)內(nèi)分布著比較復(fù)雜的磁場，也會給測溫裝置產(chǎn)生比較大的電磁干擾影響，這就需要測溫裝置能夠有效的抵抗這些外部干擾情況，從而可以確保溫度測量數(shù)據(jù)達(dá)到精確度與準(zhǔn)確性的要求，確保系統(tǒng)可以正常的運行。

2.4 適應(yīng)高壓柜運行環(huán)境

光纖測溫系統(tǒng)因為結(jié)構(gòu)性能比較強(qiáng)，且具備比較強(qiáng)的抗干擾能力，所以能夠應(yīng)用到不同的環(huán)境中，尤其是高壓柜的運行，不僅不會受到柜內(nèi)環(huán)境的影響，還會保證溫度測量數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，消除外部環(huán)境的影響，這是其他測溫裝置所不具備的。因此，對于很多運行環(huán)境比較苛刻的高壓柜運行條件，該測溫技術(shù)是首選，是其他設(shè)備所不能具備的功能。

3 聲表面波測溫系統(tǒng)驗證部署

科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展之下，人類社會有了很大的進(jìn)步，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人員將 SAW 聲表面波技術(shù)全部應(yīng)用到當(dāng)前的電網(wǎng)測溫領(lǐng)域中，同時也在 應(yīng)用當(dāng)前比較先進(jìn)的射頻技術(shù)與嵌入技術(shù)，綜合多種技術(shù)之后，研發(fā)成功一種非常新穎的測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備其他技術(shù)所不具備的優(yōu)勢，可以滿足多種使用環(huán)境，測量效果和質(zhì)量也比較高。首先，測溫傳感器在運行階段并不需要進(jìn)行后續(xù)的維護(hù)與保養(yǎng)，還能夠利用無線傳輸技術(shù)使得整個工作場地更加的簡單、簡潔。采用合理的電力設(shè)備配套基礎(chǔ)設(shè)施，能夠有效的解決當(dāng)前電力測量系統(tǒng)中的一些難題，可以更好的促進(jìn)我國電力系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。這種先進(jìn)的聲波測溫技術(shù)中安裝有傳感器、無線傳輸、監(jiān)控系統(tǒng)等，各個部分都是非常重要的，不能存在任何故障問題。在系統(tǒng)安裝環(huán)節(jié)，應(yīng)該準(zhǔn)確的掌握高壓開關(guān)柜的各項技術(shù)資料，結(jié)合實際情況制定出切實可行的安裝方案，保證后續(xù)安裝施工可以順利進(jìn)行。要不斷的增強(qiáng)安全生產(chǎn)意識，全面的提高安全生產(chǎn)水平，從而可以有效的預(yù)防事故的發(fā)生。

（1）在現(xiàn)場安裝施工前，需要準(zhǔn)備好各項技術(shù)設(shè)備，然后在溫度傳感器安裝的過程中，應(yīng)該嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計方案，尤其是開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，確保該過程不會存在任何的問題。

（2）安裝施工結(jié)束后，要對整個系統(tǒng)進(jìn)行全面的檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在安全隱患都要立即清除，以保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行。

4 聲波測溫系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)

新研發(fā)投入使用的以聲波技術(shù)為基礎(chǔ)的無源無線溫度在線監(jiān)測技術(shù)，可以隨時隨地掌握在線溫度參數(shù)，可以有效的保證系統(tǒng)可以安全穩(wěn)定的運行，無線傳輸并不會給高壓絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響，也能夠有效的消除有線“爬電”的問題出現(xiàn)；傳感器可以達(dá)到完全無源，不帶電池、免維護(hù)，不會因為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和空間產(chǎn)生不利的影響。具體參數(shù)如下所示：

（1）傳感器：溫度感應(yīng)器，結(jié)構(gòu)部分主要應(yīng)用的是SAW諧振器，頻率為432～442 MHz；

（2）讀取器：可以實現(xiàn)信號的發(fā)射與采集，發(fā)射功率：1 m；

（3）傳感器的測量溫度可以達(dá)到-25～125℃范圍內(nèi)，精度為±2℃；

（4）傳感器裝置可以在-50～200 °C溫度范圍內(nèi)工作，不會給設(shè)備產(chǎn)生任何的影響；

（5）材料標(biāo)準(zhǔn)：美國機(jī)械工程師協(xié)會（American Society of Mechanical Engineers，ASME），電氣標(biāo)準(zhǔn)：國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）；

（6）系統(tǒng)的各項功能和指標(biāo)都能夠達(dá)到歐洲的EEx de IIC T4標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)濟(jì)與社會高速發(fā)展之下，電力領(lǐng)域中對于開關(guān)柜的溫度檢測有著更高的要求，同時也受到各大電力企業(yè)的充分重視，在未來發(fā)展中，還需要全面提升監(jiān)測技術(shù)水平，可以提升電力設(shè)備運行的安全性和穩(wěn)定性，給社會各界提供更加充足的電力能源，積極促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與社會的全面發(fā)展，推動社會不斷進(jìn)步。