无源无线测温原理.docx

无线无源开关柜温度监测系统
必要性:
高压开关柜作为电力系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。
随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，使得对开关柜温度状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，要实现对触头的测温，必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。而开关柜内有裸露高压，空间封闭狭小，无法进行人工巡查测温。
SC-TempMonitor-SG无线无源开关柜温度监测系统采用先进成熟的传感技术和独特先进的无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。具有极高的可靠性和安全性，隔离彻底，价格低廉，安装简便，可以安装到每台高压开关柜上，数据可以直接显示读取。也可无线传输记录入电力网络系统，实现远程预警功能。
无线无源测温与其他测温方式比较:
无线无源测温与光纤测温：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在线监测。然而，用于隔离高压的光纤表面可能受到污染，将导致光纤沿面放电。这使得光纤测温系统用于室外开关设备的测温应用受到限制。无线测温系统采用电磁波传输信号，传感器直接安装在高压设备上，温度测量准确，可以解决电气绝缘问题，无线测温系统的特点是不受气候环境的影响，可以测量室外开关和母线接点的温度。
无线无源测温与红外测温：红外测温为非接触式测温，易受环境及周围的电磁场干扰，另外开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头（因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面），而无线测温系统却不受开关柜体结构的限制。
测温原理:

温度传感装置由以下部分组成：装在变电箱内测试点的SAW传感器、能无线连接多个温度传感器的读入器。
读入器的天线嵌在变电箱内壁，这样以来可以屏蔽外部的电波干扰。而读入器的其他部分(接收箱)则安装在变电箱的外面。因而可以保证在变电箱非通电的情况下也能正常工作。读入器由单独的电源供电，并向变电箱内发射短射频信号。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因而携带了传感器的温度信息。温度数据可以通过有线或无线方式传回中央控制室。
传感器表面波技术应用了晶体材料的物理特性。晶体的物理特性的改变通过压电感应原理被自动转化成了电信号。传感器的工作原理是将射频信号发射到压电材料的表面，然后将受到温度影响了的反射波再转回电信号而获取温度数据。表面波技术的最大好处是利用了传感器的被动工作原理-即在非常规的运行环境下(高电压，高电流)实现无线温度数据采集。无线表面波温度采集解决方案包括一个与传感器有电磁联系的读入器。

标准的温度采集过程包括如下步骤：
l 无线读入器通过它的天线发射射频脉冲。
l 脉冲信号被传感器上的天线收到后，通过INTERDIGITALTRANSDUCER(IDT)在压电感应器的表面激活一个表面波。
l 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。
l IDT再将表面波的频率振荡转化成射频信号。此射频信号由读入器上的天线收到后进行处理。
l 由于谐振器的高质量特性，即使访问波具有50HZ的带宽，也确保了反射回来的信号包含了精确的射频信息。
l 反射回来的射频频率变化与温度的变化成比例关系。
系统的主要特点:
l 连续性
本系统具备不间断温度监控特性，因而能够有效监测变电箱的温度变化，防止事故发生。
l 低成本
该系统比传统的温度监控系统成本可大大降低。
l 无季节性影响
温度传感器通过匹配软件的校正后就已经补偿了传感器制作过程中的偏差。传感器可在任何工作温度范围内的温度进行调试，因而不会受季节因素影响。通常情况下，传感器只在安装后调试一次，并保持多年不需再校正。
l 灰尘
灰尘堆积不会对SAW传感器测温产生影响
l 环境无害
SAW传感器采用被动感应方式，无需电池驱动。因而不会对生态环境造成影响。
应用解决方案:

1、 传感器reader自带485接口，变电站内所有开关柜的温度传感器通过485传输数据。
2、 温度监测仪作为可选项，安装在每个开关柜，并通过485接口传输数据；
3、 每个变电站控制室安装一个485转TCP/IP转换设备，温度数据通过该设备接入电力公司局域网；
对于网络不通的变电站可采用一个带GPRS的终端将数据传回服务器。
4、 服务器根据管理需要可设置于集控站、供电局等地点，它通过TCP/IP协议读取各变电站各开关柜的温度数据，并通过后台管理软件实现温度传感器设置以及温度告警等高级功能。
5、 局网中任意客户端均可通过登录系统进行温度监控。
产品及技术参数:
温度传感器
测温范围
-40°C ~220°C
测量精度
+(-)3°C
频率范围
428 MHz ~439MHz
传输距离
约200cm
Reader电源
400mA/5V
Reader尺寸
8.38 cm x 5.33 cm x 2.54 cm
Reader天线尺寸
2.03 cm (dia) x 2.54 cm (height)
传感器尺寸
1.91 cm x 1.50 cm x 0.48 cm
上行通信
Reader：RS485/USB
温度监测仪
l 功能定位
温度监测仪主要完成温度的本地显示和告警功能，根据情况可安装于变电站内及户外开关柜、箱式变电站等场所。
同时，带GPRS功能的温度监测仪同时可作为终端安装在变电站主控室，当变电站未铺设光纤网络时将温度数据通过移动公网传回主站。
l 温度显示
显示设备LED显示屏
显示内容：当前温度、历史温度、温度变化曲线
l 状态指示
电源、温度数值测量情况、数据上传情况
l 报警功能
告警方式 ：声音(蜂鸣)、指示灯、短信*
告警内容：温度超上限、温度三相不平衡率*、温度上升率*
l 通信接口
下行：RS485，与传感器reader
上行：
1） RS485，与485-TCP/IP转换装置连接
2） GPRS/CDMA，当地无法接入网络，直接通过移动公网将数据上传至后台主站
l 参数设定
传感器温度校准
各类预警值：温度上升率，三相不平衡率，温度上限
时间
温度采集频率
传感器发射功率
信号接受门限
监测仪复位（数据区、硬件）
l 数据存储
存储历史温度测量值。存储周期可设定。
后台主站:
功能点
功能描述
数据通信
TCP/IP
参数设置
设置方式
指定开关柜
指定开关柜的具体传感器
设置内容
传感器温度校准
各类预警值：温度上升率，三相不平衡率，温度上限
时间
温度采集频率
传感器发射功率
接受门限
监测仪复位（数据区、硬件）*
告警
告警方式
在桌面上弹出告警界面，并发出警示音；
发送短信到相关运行管理或调度工作人员
告警内容
温度三相不平衡率
温度上升率
温度超上限
温度监控
指定开关柜指定传感器进行实时温度抄读
历史温度查询（表格和温度曲线方式）
温度预测
预测算法维护
温度预测结果
数据发布
系统自动生成各类统计报表，在系统门户发布，同时也提供邮件发送功能。
数据接口
接口内容
与自动控制系统及状态检修系统接口
接口方式