電力高中壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)用無源無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

1、電力高中壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)用無源無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究摘要：本文針對(duì)中高壓電力開關(guān)設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)的 需求，基于溫差發(fā)電技術(shù)、熱力學(xué)仿真技術(shù)、低功耗電源管 理技術(shù)、測(cè)溫芯片技術(shù)、信號(hào)無線傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、 組態(tài)軟件應(yīng)用技術(shù)，研制開發(fā)了數(shù)字式無源無線溫度監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)。傳統(tǒng)的電力設(shè)備主要是接觸式和非接觸式兩種測(cè)溫方 式，非接觸式是指日常的紅外測(cè)溫方法，這種測(cè)溫方式比較 傳統(tǒng)，但是在最后的測(cè)溫結(jié)果很容易受環(huán)境的影響，不是十 分的準(zhǔn)確，另外一種是接觸式的方式，這種測(cè)溫效果比較準(zhǔn) 確，在精度上也相對(duì)提高。但是前提是要保證電源和傳輸信 號(hào)的穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：數(shù)字溫度傳感器溫差發(fā)電低功耗設(shè)計(jì)一、電力系統(tǒng)設(shè)備溫度監(jiān)

2、測(cè)的必要性在社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的今天，由于各行各業(yè)對(duì)電力的需 求，相對(duì)電力系統(tǒng)對(duì)電力供電可靠性的要求越相應(yīng)的嚴(yán)格提 高，我國在相關(guān)行業(yè)中的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)在電力運(yùn)行中的中高壓 電力設(shè)備，很多故障的發(fā)生都是操作機(jī)構(gòu)引起的，特別是配 電設(shè)備的開關(guān)柜中插頭接觸不好，和長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果，還有 就是配電設(shè)備各連接點(diǎn)接觸處由于長(zhǎng)期過載高溫引起的故 障；容易發(fā)生電力事故和長(zhǎng)時(shí)間的停電，造成更大的損失， 因而為了減少此類事故故障的發(fā)生，有必要在中高壓配電設(shè) 備中實(shí)施溫度監(jiān)控，在超過額定溫度時(shí)會(huì)實(shí)行報(bào)警警示，這 樣就有效的控制設(shè)備的運(yùn)行壽命，提高供電可靠，確保電力 設(shè)備和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。二、電力系統(tǒng)設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀

3、 電力系統(tǒng)中高壓開關(guān)柜等設(shè)備一般安裝于室內(nèi)及地下 室，外加全密封柜體保護(hù)，這樣就會(huì)使內(nèi)部操作機(jī)構(gòu)等長(zhǎng)期 在溫度高的環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行。加上在這樣的高電壓和大電流 通過的環(huán)境中，必須要監(jiān)測(cè)儀器和被監(jiān)測(cè)對(duì)象間進(jìn)行有隔 離，溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)當(dāng)前存在的問題主要包括以下兩個(gè)方面：1）傳感器前端電源如何解決的問題： 由于電力系統(tǒng)中高壓開關(guān)柜等設(shè)備一般安裝于室內(nèi)及 地下室，外加全密封柜體保護(hù)，內(nèi)部溫度高，長(zhǎng)期通過電流 大，周邊的環(huán)境復(fù)雜，這樣在選接電源時(shí)要考慮其散熱等情 況。一種是使用社會(huì)上普通的電池，由于這種電池有一定的 壽命使用時(shí)間，無法連續(xù)不斷長(zhǎng)時(shí)間供電，也不能確保能不 能忍受到封閉式室內(nèi)的環(huán)境，也需要通過系

4、統(tǒng)定時(shí)地工作來 滿足功耗需求。另外一種是使用光伏電池，如果是使用光伏 電池的話，就需要在室內(nèi)要有長(zhǎng)期的燈光照明來保證其光伏 電池的能量?jī)?chǔ)備來源。這樣的話，就會(huì)對(duì)室內(nèi)照明系統(tǒng)造成 影響，減少其使用壽命。萬一剛好照明電源壞了，沒有及時(shí) 發(fā)現(xiàn)的話，就不能提供光源給光伏電池，這樣就會(huì)使監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)在監(jiān)測(cè)過程中中斷，不能實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到中高壓開關(guān)設(shè)備的 溫度。在現(xiàn)有的無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)大部分使用電池 供電的方式。目前商用的電池壽命普遍 2-5 年，需要定期更 換或維護(hù)，增加了傳感器節(jié)點(diǎn)的維護(hù)成本。很多低功率無線 傳感器和控制器的供能系統(tǒng)正在逐步采用其他方式來源代 替，利用物理電源產(chǎn)生電能轉(zhuǎn)換正在成為許

5、多應(yīng)用領(lǐng)域的適 用電源，當(dāng)然也是無線傳感器供能方式的探求方向。因此結(jié) 合現(xiàn)有使用環(huán)境（監(jiān)測(cè)發(fā)熱電氣連接點(diǎn)溫度）開發(fā)一種熱電 能量收集系統(tǒng)為無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電成為可能。2）如何解決信號(hào)的傳輸； 目前傳統(tǒng)的信號(hào)傳輸方式是通過有線線路來解決，但是 在電力系統(tǒng)中，容易受到電磁等干擾，要解決高低壓電位的 隔離問題，這時(shí)仍采用有線傳輸?shù)姆绞骄秃芾щy。國內(nèi)外目前對(duì)于電力系統(tǒng)中中高壓開關(guān)設(shè)備溫度的在 線監(jiān)測(cè)，主要采用非接觸式和接觸式兩種方式，非接觸式是 指日常普通的紅外測(cè)溫，則使用特定的儀器對(duì)要被測(cè)對(duì)象進(jìn) 行定點(diǎn)定時(shí)的測(cè)量，其主要是通過遠(yuǎn)外紅波來判斷要測(cè)量點(diǎn) 的溫度，這樣就會(huì)增加工作人員的工作時(shí)間和工作任務(wù)。

6、特 別是紅外測(cè)溫槍、紅外測(cè)溫儀等儀器，是很多國內(nèi)外專家研 究的課題，因?yàn)檫@是一種對(duì)運(yùn)行設(shè)備的溫度變化的直接測(cè)量 方式，會(huì)受到很多的因素影響，比如距離、視角、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 準(zhǔn)確性。而且紅外測(cè)溫沒有辦法穿透柜體等實(shí)物，需要打開 設(shè)備，這樣存在著一定的設(shè)備和人身安全風(fēng)險(xiǎn)。再者，就是 在測(cè)量過程中容易受到距離、視角、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的準(zhǔn)確性影響， 會(huì)對(duì)測(cè)量的結(jié)果產(chǎn)生偏差，無法百分百之準(zhǔn)確。另外一種接 觸式的測(cè)量將能取得更高的精度，而且可以采用高集成度的 數(shù)字式溫度傳感器方便地低成本地實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)（溫度小于 155C）。與紅外測(cè)溫技術(shù)相比較，接觸式的測(cè)溫技術(shù)還不易 受到安裝條件的限制，抗干擾能力更強(qiáng)，成本也低了很多，

7、 比較適合于在開關(guān)柜內(nèi)部使用。本文將溫差發(fā)電技術(shù)、熱力學(xué)仿真技術(shù)、低功耗電源管 理技術(shù)、測(cè)溫芯片技術(shù)、信號(hào)無線傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù) 等專業(yè)來制開發(fā)數(shù)字式無源無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文研究的 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用測(cè)溫芯片測(cè)溫，溫差發(fā)電芯片和電源管理 電路供電?？紤]到故障時(shí)開關(guān)柜內(nèi)部母 ?導(dǎo)電連接處溫度變化 是一個(gè)相對(duì)緩慢的過程，因此系統(tǒng)可以采用定時(shí)測(cè)溫（ 1 分 鐘一次）的方式，另外，發(fā)射機(jī)采用了低功耗設(shè)計(jì)，最大限 度的降低了對(duì)發(fā)電芯片環(huán)境溫差的要求，并通過 2.4G 或 433M 無線頻段傳輸數(shù)據(jù)，與其他方法相比成本低廉、體積 小，可靠性高，測(cè)量的精度也能夠得到了很好的保證。這樣 無源無線傳感器通過

8、無線信號(hào)在由天線接收到信息后激勵(lì) 振蕩器啟動(dòng)工作，當(dāng)信號(hào)接近振蕩器的工作頻率時(shí)，振蕩器 儲(chǔ)能達(dá)到了最大，而且其反射信號(hào)也達(dá)到了峰值，讀卡器在 問詢信號(hào)斷開后，振蕩器持續(xù)振蕩時(shí)接收到應(yīng)答信號(hào)，調(diào)解 并監(jiān)測(cè)信號(hào)的幅度， 以此來獲取傳感器應(yīng)答信號(hào)的幅度 -頻譜 分布，再根據(jù)幅度 -頻譜分布，可以計(jì)算出當(dāng)前的工作頻率， 并通過計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的溫度值。第二個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是保證測(cè)量的精度，在分析數(shù)據(jù) 時(shí)，也要對(duì)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的的可靠性進(jìn)行研究分析，主 要關(guān)注的技術(shù)條件有以下幾點(diǎn)：1）首先要考慮的是傳感器是無需供電的，而且安裝維 護(hù)要簡(jiǎn)單，必須安全可靠， 接著就是無電池使用壽命問題的。2）傳感器與讀卡器之間是采用無線通信的，在室內(nèi)室 外、惡劣天氣下均可以安全的使用，傳感器采用差值方式計(jì) 算溫度，長(zhǎng)期使用無頻偏等問題出現(xiàn)。3）考慮到測(cè)試系統(tǒng)是用于監(jiān)測(cè)加以高電壓，通以大電 流的母線電連接處的溫度，電子線路都處于強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)電場(chǎng) 甚至出現(xiàn)電暈現(xiàn)象的環(huán)境中，因此在使用過程中必須支持軟 件報(bào)警、本地聲光報(bào)警和短信報(bào)警等。四、小結(jié) 本文主要研究了基于溫差發(fā)電技術(shù)、熱力學(xué)仿真技