基于無源無線SAW的開關柜溫度檢測系統的研究與應用

孟洋

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：為了對高壓開關柜內溫度進行有效準確的測量，在對變電站開關柜內環境的要求做出準確判斷的基礎上，設計了一套基于無源無線SAW溫度監測系統，用無線電信號將分散的傳感器進行連接，組成設備的溫度監測網絡，將參數信息送至監控中心，以便相關工作人員進行直觀的觀測。該裝置投入到變電站中測試，發現對高壓開關柜內的溫度能進行準確有效的檢測，并能正常發出預警信號，達到了預期目標。

關鍵詞：高壓開關柜；無源；無線；測溫系統

0 引言

高壓開關柜是變電站里一種設備，它能不能做到可靠運行是變電站安全生產、電力可靠的一個非常關鍵的因素。開關柜設備在長期運行過程中，開關柜內的觸點、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動導致在正常負荷下發熱現象，如果不能對這些部位的溫度進行有效的檢測，可能會導致整個變電站運行的癱瘓。在對上述問題分析研究

的基礎上，本文提出采用無源無線SAW的方法用于變電站開關柜設備溫度的監測，采用無源無線SAW用于開關柜內溫度的檢測，靈敏、穩定的檢測運行夠確保高壓開關柜更好的工作和統一的監測站管理，是維護工作人員的有利助手。

1 SAW溫度檢測系統的整體設計

系統設計采用了無源無線SAW溫度傳感器作為開關柜溫度采集原件，不僅無線、無源占地小，還具有測量快速、抗干擾能力強、保密性好、成本低等優點，實現在開關柜這種惡劣環境下對溫度的測量，系統的整體設計如圖1所示，具體方案歸結起來主要可分為三個部分：高壓開關柜層、站內主控層、監控中心層。

圖 1 系統整體結構圖

2 系統硬件設計

2.1溫度數據采集

通常安裝在被測部位的表面，如高壓開關柜內的母線連接接頭和裸露觸點等位置。用于溫度信號的感應和輸送的無線溫度采集器，其結構包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線收發電路，如圖2所示。溫度采集器是測量柜內溫度的最下層的構件，由溫度監測主機進行處理與顯示數據圖像是根據無線網絡傳輸溫度值進行繪制。

圖 2 溫度采集器結構圖

2.2系統通信實現

通信管理裝置，它是連接各個部件的中間橋梁，將開關柜內溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調度大廳的信息監控中心，通信系統是否安全快捷也是判斷這個系統整體是否有效的原因之一。信息通信系統可實現對各種不同種類的開關柜內溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數據采集以及數據處理，將檢測結果和設備狀態通過專門搭建的用于電網通信的內部專網傳送到站控中心和遠方的監控和數據采集管理系統，如圖3所示。

3 系統軟件設計以及在變電站的應用

根據變電站開關柜工作環境的需要，首先是系統的初始化，主要包括測溫系統的設置以及各個模塊的初始化，然后，定時器啟動發射采集信號，溫度傳感器將檢測的溫度信息通過網絡傳至站內主控室用以通知站內人員，然后再通過通信網傳至調度監控中心，對數據進行分析。通過軟件系統不僅可以在人機交互界面上捕捉到各個溫度傳感器的位置信息、溫度的實時測量并反饋到主站，還可以通過聲光兩種方式進行故障報警，并對各類報警進行查詢、統計、分析。調度監控中心可以通過軟件系統提供歷史數據庫查看該變電站開關柜在監控期間發生的超溫信息和故障信息。

4 安科瑞無線測溫系統介紹與選型

安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款無線測溫軟件。

4.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖4），系統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。

圖4 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖

4.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能

■實時監測

Acrel-2000T無線測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出告警。

■設備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.

C.短信吿警，可以發送吿警信息短信.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

■用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統穩定運行，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環比，用電排名。

運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。

手機APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統（如圖5）。

圖5 電氣接點在線測溫結構圖

4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

4.3.2 安科瑞無線收發器

無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

4.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。

5 結語

基于無源無線SAW的開關柜溫度檢測系統為變電站開關柜內溫度傳感器的定位，溫度信息的測量以及實時上傳，超溫報警提供了強有力的支持，以便電力調度人員及運維人員及時發現故障并能迅速定位故障點。此外，該溫度檢測系統能通過系統歷史數據庫查看監控期間出現的故障信息。應用結果表明，該系統布設方便，具有較高的可靠性和實用性。

【參考文獻】

[1] 苑舜.高壓開關設備狀態監測與診斷技術[M].第1版.北京:機械工業出版社,2001.3.7.

[2] 程林中,張文燁,龍城,李堅,竇阿林.基于無源無線SAW的開關柜溫度檢測系統的研究.

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.