無源無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘要：電力傳輸系統(tǒng)中，發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜起著關(guān)鍵性的作用，隨著電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，高壓開關(guān)柜也得到廣泛的使用。溫度是表征開關(guān)柜運(yùn)行正常的一個(gè)重要參數(shù)，在使用開關(guān)柜的過程中，普遍存在開關(guān)柜內(nèi)部過熱現(xiàn)象，并且由于高壓開關(guān)柜的密閉性，在負(fù)荷較重的地區(qū)，引發(fā)開關(guān)柜的溫升超標(biāo)現(xiàn)象。開關(guān)柜設(shè)備長(zhǎng)期的超溫運(yùn)行，會(huì)降低設(shè)備的性能及使用壽命，引發(fā)設(shè)備故障，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至引起電氣火災(zāi)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。高壓開關(guān)柜的溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來越得到用戶的認(rèn)可和重視，目前感應(yīng)取電無源無線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜上得到廣泛應(yīng)用，無源無線測(cè)溫傳感器安裝維護(hù)方便，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)在線，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工定期巡檢的方式，發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的溫度異常，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：無源無線傳感器；高壓柜測(cè)溫；電氣接點(diǎn)測(cè)溫；測(cè)溫系統(tǒng)

概述：無源無線測(cè)溫系統(tǒng)主要由設(shè)備層的無源無線溫度傳感器和溫度顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的無線測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)高壓柜關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

1、無源無線傳感器的設(shè)計(jì)依據(jù)

    無源無線傳感器的取電應(yīng)用法拉第電磁定律，充分利用高壓開關(guān)柜內(nèi)三相母線電流產(chǎn)生的大量電磁能，根據(jù)電流互感器模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。高壓母線作為取電互感器的一次側(cè)線圈，取電線圈作為取電互感器的二次側(cè)線圈，組成取電電路。 取電電路關(guān)鍵在于導(dǎo)磁材料的選擇，電路選擇了1J85型坡莫合金帶，坡莫合金帶是一款高導(dǎo)磁合金材料， 其特點(diǎn)是高初始磁導(dǎo)率，高磁感，低損耗，縮小了磁性元件的體積，此外合金帶在潮濕的環(huán)境中耐腐蝕性強(qiáng)。

2、無源無線傳感器的硬件設(shè)計(jì)

    無源無線傳感器的硬件電路主要包括電源模塊，處理單元，射頻模塊，測(cè)溫模塊。

    電源模塊為整個(gè)電路板供電，由電磁線圈取電后的鉗位保護(hù)電路，整流電路，電壓檢測(cè)，線性穩(wěn)壓器，儲(chǔ)能電容組成。為了縮小產(chǎn)品的整個(gè)尺寸，處理單元和射頻模塊采用集成MCU單元和射頻單元的低功耗無線單片機(jī)，此設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了整個(gè)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜性，又實(shí)現(xiàn)了電路尺寸50%以上的縮減。測(cè)溫模塊采用數(shù)字式溫度傳感器，傳感器具有低功耗，數(shù)字通信穩(wěn)定的特點(diǎn)。

3、無源無線傳感器的軟件設(shè)計(jì)

    無源無線傳感器的軟件采用C語言進(jìn)行編程，編程需要注意規(guī)范，代碼簡(jiǎn)潔易讀，傳感器為低功耗設(shè)計(jì)，需要控制好整個(gè)電路系統(tǒng)的功耗，及時(shí)對(duì)單片機(jī)和外設(shè)進(jìn)行休眠或電源關(guān)斷，使得系統(tǒng)空閑時(shí)電流消耗不超過2uA。

    為了保障傳感器系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，需要正確配置單片機(jī)的看門狗，保證不會(huì)出現(xiàn)傳感器死機(jī)的情況。此外還要防止傳感器通信碰撞，提高通信抗干擾性能，采用隨機(jī)延時(shí)的算法進(jìn)行溫度上報(bào)，并對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，濾除異常數(shù)據(jù)。

4、無源無線傳感器的主要性能與安裝

    按照以上的原理和方法設(shè)計(jì)出的無源無線測(cè)溫傳感器ATE400，可在一次回路電流在5~5000A范圍內(nèi)取電工作，每15秒進(jìn)行一次測(cè)量發(fā)熱點(diǎn)溫度并無線上傳至柜面安裝的顯示單元。傳感器溫度測(cè)量范圍為-50℃~+125℃，精度高達(dá)±1℃，測(cè)溫分辨率0.1℃，體積小巧，安裝方便，抗干擾性能強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于高壓柜電氣接頭測(cè)溫。

圖1 高壓柜靜觸頭溫度監(jiān)測(cè)

圖2 高壓柜電纜頭溫度監(jiān)測(cè)

5、無線測(cè)溫接收裝置主要功能

 無源無線傳感器通過無線射頻方式將采集到的電氣溫度傳輸至無線測(cè)溫接收顯示單元ARTM-Pn。顯示單元可無接收多達(dá)60個(gè)ATE400傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器和顯示單元之間通過數(shù)字ID進(jìn)行識(shí)別，準(zhǔn)確定位每個(gè)電氣發(fā)熱點(diǎn)的溫度。顯示單元嵌入式安裝在高壓柜面，實(shí)時(shí)顯示各點(diǎn)溫度，并且可以根據(jù)用戶設(shè)定預(yù)警、報(bào)警溫度值，實(shí)現(xiàn)高溫預(yù)警、超溫告警、相間溫差報(bào)警、溫度突變量告警等功能，裝置可存儲(chǔ)120條帶有時(shí)標(biāo)的告警記錄，同時(shí)告警時(shí)繼電器出口可以控制聲光報(bào)警器，幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，盡快分析查找設(shè)備故障原因，恢復(fù)正常供電。此外顯示單元還可以選擇電參量測(cè)量功能，測(cè)量數(shù)據(jù)包括電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能等，精度高達(dá)0.5級(jí)。顯示單元所有測(cè)量數(shù)據(jù)都可以通過485接口及標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU協(xié)議接入邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至無線測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)。

6、無線測(cè)溫系統(tǒng)的功能及界面

無線測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)相應(yīng)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

7、總結(jié)語

    無源無線測(cè)溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，解決了長(zhǎng)期以來高壓開關(guān)柜需要人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫，開關(guān)柜內(nèi)部溫度無法測(cè)量，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困難等問題，大大減少了設(shè)備檢修預(yù)試停電次數(shù)和時(shí)間，減輕了日常巡檢的工作量，提高人員工作安全性。無源無線測(cè)溫系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各關(guān)鍵點(diǎn)部位的溫度異常狀況，避免連接部位老化或接觸電阻過大而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，為電力安全生產(chǎn)和供電提供了有力保證，提高了設(shè)備的智能性。

參考文獻(xiàn)：

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