徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要： 針對開關柜等發熱設備的監測 ，傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性和穩定性方面不能滿足現場實際使用需求 ，造成了設備監測缺乏相應的技術手段以及實施成本較高等問題。本文針對無源供電無線測溫在線監測系統進行了研究和開發 ，提出了一種基于聲表面波技術的測溫技術 ，在變電站進行了實踐和應用。
關鍵詞： 設備檢測 ；無線測溫 ；變電站
0 引言
電力系統設備在長期的運行中 ，往往容易產生老化或過熱現象 ，這些現象如果沒有及時發現和解決 ，可能會造成嚴重的事故。而對于變電站設備的維護和監控 ， 往往由于地理位置偏遠 ，管理人員不能面面俱到 ，巡檢和維護的難度較大。因此 ，通過自動化來實現遠程監控和預警系統就變得十分必要 ，也成了管理人員的重要手段。
傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性穩定性以及實施成本上存在各種各樣的問題。無源供電無線測溫在線監測系統提出了一種基于聲表面波（SAW） 的全新的測溫技術。
1 系統建設的意義
通過無源供電無線測溫在線監測系統的應用，將實現以下應用功能。
a.實現設備運行溫度實時監測。無源供電無線測溫在線監測系統為有效消除電網因開關柜因過熱帶來的安全運行隱患提供了有效的技術手段 ，解除由此造成經濟危害和社會損失的可能。
b.輔助實現設備的狀態檢修。傳統的檢修模式 ， 對于設備故障的維護 ，往往是通過定期的巡檢來發現和解決 ，特別是對于偏遠地區的維護時間和周期較長 ，往往不能及時解決。通過建立在線監測系統 ，可以對設備的狀態進行實施監控和預警 ，更新了變電站的設備的維護模式 ，將更加有效的保障設備安全穩定運行。
c.為科學調度提供參考依據。建立溫度與負荷的關聯分析模型 ，根據負荷情況預測溫度變化趨勢 ，為負荷控制提供決策依據。電力設備的狀況可能會對整個電網的情況造成較大影響 ，并且能反映出電網的運行情況和負荷等。因此 ，對電力設備狀況的研究和監控 ，將有助于電力系統的整體運行和輔助決策。
2 系統實現
2.1系統組成
在線監測系統主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監控應用系統組成。溫度采集器的作用是進行變電站設備刀閘、開關等接觸點的溫度采集 ，溫度采集器根據需要布置在多個點位上。溫度傳感器將多個開關柜的多個點采集到的溫度數據進行匯總 ，并將數據通過無線網絡傳輸到測溫主控終端 ，在測溫主控終端上再通過監控應用系統進行數據的存儲、統計、分析和預警等應用。
2.2溫度傳感器
溫度傳感器是通過聲表面波原理 ，在設備表面接受到信號后 ，利用材料的物理特性將信號轉換成電信號。通過安裝在設備表面的溫度采集器進行溫度數據的采集和溫度傳感器的反射波的接收 ，可以獲得連續的、穩定的實時溫度數據 ，為下一步的數據分析提供原始數據。
2.3溫度采集器
溫度采集器和溫度傳感器是對應的 ，溫度采集器負責發射射頻信號 ，溫度傳感器通過無線通信負責處理該信號 ，并上傳到主控終端。
溫度采集器的發射頻率為428 ～ 439MHz，發射信號為單頻信號，不同的頻率代表不同的信號。信號接收后，通過信號的放大、濾波等處理后 ，轉換成可以識別的電信號 ，從而獲得溫度參數。
2.4測溫主控終端
測溫主控終端是無源供電無線測溫在線監測系統的核心設備 ，主控終端是對采集到的數據的后期處理 ，包括數據存儲、數據分析和數據統計、溫度告警、數據轉發、參數設置及協議轉換。下行通過CAN總線或無線方式與溫度采集器連接，獲得所連接傳感器的溫度信息。根據設定的參數 ，分析溫度信息以確定是否產生告警信息；上行與主站系統的通訊采用RS485接口，并按照一定的規約，以實現數據的傳輸。
2.5監控應用系統
監測系統的應用包括系統的設備參數設定、溫度信息的獲取和數據的分析應用和系統預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統自動化系統中 ，作為一個模塊作為應用 ，也可以作為一套獨立的系統 ，用于溫度的監測和預警。這些功能都將對多臺電力設備的狀況監測一體化 ，有助于設備管理人員了解分析狀況 ，保證設備的正常運作。
2.6系統功能設計
a.溫度顯示。對于設備各點的溫度實時顯示 ，溫度的發展趨勢和曲線 ，查看分析歷史記錄 ，該顯示可以通過電力系統 SCADA 系統中實現 ，也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。
b.報警功能。報警功能是通過測溫主控終端的設定 ，按照現場管理需求 ，對溫度界限、值等進行管理 ，在溫度超過設定值 ，進行預警 ，預警的方式包括主控終端蜂鳴預警、指示燈閃爍預警和短信息預警等。
c.設備參數設定。設備參數的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發射和接受信號的頻率設定以及系統時間等功能。
綜合分析。綜合分析功能是對設備的溫度進行故障分析、歷史趨勢分析以及數據進行統計應用等高級應用功能，專家系統將為管理者提供設備故障分析結果， 供參考和輔助決策。
遠程維護。系統的遠程維護功能是對系統的故障數據分析統計結果的基礎上 ，實現的遠程運行維護 ， 可以對設備的初始化、重啟以及系統升級等。
2.7 通信方式
溫度采集器：通過無線方式采集開關柜內一組傳感器的溫度數據，其安裝位置沒有特別的要求，以方便取電、走線為原則，如開關柜的儀表室。
測溫主控終端：安裝在變電站主控室或其他方便與采集器進行通信的場所 ，提供所有站內溫度采集裝置與本地主站系統或遠程監控系統的統一的通信接口及協議轉換。
站內各溫度采集器、測溫主控終端均配置無線通信模塊 ，它們通過無線通信信道進行數據交換，變電站內無需布線。
3 安科瑞無線測溫系統介紹
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，在廣泛征求用戶和專家意見的基礎上,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專業的無線測溫軟件。
3.1 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1），系統設計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、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?？梢员O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1 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖
3.2 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
■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，可以向發送吿警信息短信（需選配）.
■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安全穩定運行，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）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
■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。
3.3 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2）。
圖2 電氣接點在線測溫結構圖
3.3.1 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。
物料名稱 | 型號 | 參數說明 |
電池型無線測溫傳感器 | ATE100 | 電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空曠距離10米； 102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(長*寬*高，孔徑)。 |
ATE200 | 電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空曠距離10米； 44.17*30*18.5mm，L=325.40mm(長*寬*高，三色表帶)。 |
ATE300B | 電池供電，壽命≥5年；-10℃~+125℃； 470MHz，空曠距離150米； 49.95*35.95*22mm(長*寬*高)。 |
CT取電型無線測溫傳感器 | ATE300 | CT感應取電，啟動電流≥5A；-10℃~+125℃； 470MHz，空曠距離150米； 扎帶固定，合金片取電；73*33.5*16mm(長*寬*高)。 |
ATE400 | CT感應取電，啟動電流≥5A；-50℃~125℃； 433MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。 |
3.3.2 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。
物料名稱 | 型號 | 參數說明 |
無線收發器 | ATC200 | 可接收12個ATE100/200 |
ATC400 | 可接收240個ATE300/ATE300B |
ATC450-C | 可接收240個ATE400 |
3.3.3 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。
物料名稱 | 型號 | 參數說明 |
顯示終端 | ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 接收多達60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
顯示終端 | ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 接收多達12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
顯示終端 | ATP007 ATP010 | 面框226.5*163*6mm，深度70mm；開孔215*152mm； DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 |
無線測溫集中集中采集設備 | Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200 （單位mm） |
無線測溫監控設備 | Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm) |
4 結論
無線溫度傳感裝置及配套管理系統 ，溫度測量傳感器無需供電 ，從而減少了日常檢測維護成本。該配套管理系統提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、日常溫度監測、設備狀態評估等功能 ，避免重大因溫度導致的故障的發生。系統的研究和實施產生了良好的經濟效益和社會效益 ，具有一定的推廣前景。
【參考文獻】
[1] 楊楷，李志剛，景玉鵬．聲表面波氣體傳感器的研究進展[J].電子元件與材料，2009，27(9)：26-30.
[2] 曾強.無源供電無線測溫在線監測系統研究應用
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2019.11版
