开关柜无源无线温度监测系统

杨佳乐

摘 要：随着经济的发展，人类对美好生活的向往和追求，对电力需求越来越大，因此电气设备在高电压、大电流的运行环境下，其触头、母线的连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致事故发生。近年来，在发电厂和变电站已发生多起因开关柜过热造成火灾和大面积停电事故，因此解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度实时在线监测是保障电气设备安全可靠运行的重要保障手段之一。

关键词：温度测量 无源无线

引言

随着电力科技的快速发展，输配电系统逐步向科技化、安全化、智能化发展。在实际应用中，电力电子技术、自动控制技术、信息处理技术、人工智能等多个不同的技术领域，被广泛应用于电力系统，较传统的电力运行系统来说，引入温度实时在线监测系统可以一定程度的预防和降低因高温导致的电气事故次数，降低事故损失。

一、电力系统现有测温方式及特点

1.采用人工巡检的方式测温

给巡检人员配备一些必要的测温工具，通过人工巡检测量温度，虽然可以有效防止其发热引发事故，但随着电力科技的飞速发展，这种方式的局限性越来越大，对于封闭的开关柜、母线桥等无法进行人工巡检测温，新出的开关柜母线都加防护套，使用红外测温枪，也无法准确测温，并且消耗大量人力物力。

2.常规测温方式

常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，需要金属导线传输信号，绝缘性能不能保证，会给电力系统安全可靠运行带来隐患。

3.光纤温度传感器

光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的实时在线监测。然而光纤具有易折、易断、不耐高温等特性。积累灰尘后易导致光纤沿面放电，从而使绝缘性能降低，且受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。另外，光纤温度传感器成本也相对较高。

4.红外测温

红外测温属于非接触式测温，容易受环境及周围电磁场干扰，另外开关柜内的空间非常狭窄，无法安装红外测温探头（因为红外探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测量物体的表面），要求被测量点能够在视野内且无遮掩，表面清洁以确保准确性。

5.无线温度传感器

无线温度传感器又分为有源无线温度传感器和无源无线温度传感器。

有源无线温度传感器与无源无线温度传感器比较，有源无线温度传感器尺寸较大，需要电池提供电源，而电池需要更换，且电池在高于150度高温环境时会爆炸、起火，有很大的安全隐患。

无源无线温度传感器体积小，测量数据进行无线传输，安装方便灵活，不受空间和结构的影响，无电气连接，从而实现了高压隔离，安全可靠。

二、无源无线温度传感器的工作原理

无源无线温度传感器测温装置由以下部分组成：装在开关柜内测试点的SAW传感器，能无线连接多个温度传感器的读入采集器。读入采集器的天线嵌在开关柜内壁，这样以来可以屏蔽外部的电波干扰。而读入采集器的其它部分（接线箱）则安装在开关柜的外面，因而可以保证在开关柜不通电的情况下也能正常工作，读入采集器由单独的电源供电，并向开关柜内发射短射频信号。如果射频脉冲的频率与温度传感器预设的频率相同，传感器就能接收到该射频信号，并且改变和被动地反射脉冲信号，返回的脉冲信号由于受到了传感器自身温度的影响携带了传感器的温度信息。安装示意图如下：

三、系统构成

一个开关柜安装一组（通常是6个），无源无线温度传感器测量各触点温度，这组传感器温度监测信息的收发和管理由一个读入采集器统一完成。

不同的应用场景（如变电站与电厂，户外与户内）开关柜的分布情况、环境都不相同，同一区域内多个开关柜的读入采集器之间可选择通过CAN总线网络或无线自组网进行温度监测信息的本地传输，由一个测温主控终端统一进行本区域内所以开关柜温度监控信息的采集、存储和管理。

WPTM-SC无源无线开关柜温度监测系统主要由无源无线温度传感器、无线温度采集器、测温主控终端三部分构成，每个无线温度采集器最多可采集3组（每组6个）无源无线温度传感器，每个测温主控终端最多接30个无线温度采集器。

测温主控终端既通过485或其它数据接口按照指定的标准规约（如103、CDT规约），传入电力专用监控网络，在监控系统中实现远程在线温度监控，分析及预警。

四、标准的温度采集过程

无线读入采集器通过它的天线发射射频脉冲。

脉冲信号被传感器上的天线收到后，通过叉指换能器（IDT）在电压传感器表面激活一个表面波。

传感器表面波的频率由于受到传感器本身温度的影响发生了变化。正是由于频率受温度变化的机制，使得温度数据测量得以实现。

IDT再将表面波的频率振荡转化成射频信号。此射频信号由读入采集器上的天线收到后进行处理。

由于谐振器的高质量特性，即使访问波具有50HZ的带宽，叶确保了反射回来的信号包含了精确的射频信息。

反射回来的射频频率变化与温度的变化成比例关系。

結束语

根据实际情况，该监测系统可以作为电力自动化的一个功能模块存在（将温度信息通过标准数据接口接入电力自动化系统），也可以单独作为一套开关柜温度监测的主站系统。各类运行管理人员通过专用网络及时准确的监测开关柜温度情况。