应用声表面波技术的高压开关柜实时测温系统分析

张伟

摘 要 以声表面波技术为依托的实时温测系统，测量精度高，设置简便，对变电站的设备温度监测十分有利。本文阐述了声表面波技术与一般温测技术的差别，并分别从系统构成，工作原理，具体构建以及实例分析等对高压开关柜声表面波实时温测系统进行了分析。

【关键词】声表面波技术 高压开关柜 实时测温系统

运维人员可以通过眼观、耳闻等方式掌握设备的基本情况。但是高压开关柜作为封闭式设备，直接观测法难以发现设备的内部问题。尤其是发热问题属于设备的动态发展问题，需要借助一定的发热检测技术来将设备发热遏制在萌芽之中。

1 声表面波技术与一般测温技术的比较

高压开关柜属于强电设备，并处于强磁工作环境下，对测温技术适用的传感器的稳定性和安全性要求严格。红外线测温、光纤测温、CT测温等，红外线测温是基于适用于人工巡检，不利于关键点温度的监测。光纤测温受会收到光纤材料本身长度的限制，布线复杂，实施的难度比较大。CT类测温传感器体积比较大，且易因接头电流发生烧坏的可能性，因此不适用于高压开关柜的实时温度监测。声表面波（SAW）技术所使用的传感器属于无源无线设备，能够保留足够的安全电气间隔距离，且质轻体小，易于安装，能够抵抗高磁的干扰，进行稳定工作。

2 高压开关柜声表面波技术实时测温系统

2.1 实时测温系统的基本构成及原理

基于声表面波技术的实施测温系统由声表面波温度传感器（SAW温度传感器）、数据阅读器、数据传输路由器以及监测主站组成。SAW温度传感器、数据阅读器及数据传输路由器对高压开关柜内的温度测点进行数据采集，最终上传至监测主站进行数据分析和管理。所谓的声表面波就是一种沿物体表面进行传播的弹性波。该系统利用SAW技术与微电子技术、信号处理技术、大数据等结合，采集高压开关柜的声表面波，并结合系统内的温度标准数据进行温测和告警。

2.2 实时测温系统的具体运行

2.2.1 SAW温度传感器

SAW温度传感器是实现温度监测的主要组件，它由压电材料（一般为铌酸锂材料）、反射栅、叉指换能器等组成。它是单端口谐振型结构，属于高品质因数、低插入损耗和稳定频率的设备。温度传感器直接安装于高压开关柜体内部并与需要測温的隔离触头、母排连接等部位相连。以获得其表面温度的准确信号。SAW温度传感器通过无线射频信号与数据阅读其完成数据交互和信号转化。根据高压开关柜的监测需求，每个测温系统应配置6个温度传感器，分别监测上下两室。根据数据分析规律来看，温度传感器所返回的频率值ft与实测温度值Tt呈线性关系。目前来讲温度传感器的测温范围可达到-25℃±125℃的范围。温度差异不超过2℃。与阅读器的互为感应距离为2～5米。

2.2.2 数据阅读器

数据阅读器向传感器发出问询信号，形成温度监测工作流。基于温度传感器的单端口谐振结构，数据阅读器的信号发出与接收均通过射频信号来完成，工作时，阅读器的射频芯片按照一定的时序，按照2Mhz的增长规格，分别向6个SAW温度传感器发出430Mhz～440Mhz的问询信号，传感器针对不同频率的信号进行应答，从而实现射频信号分组，并判断发出射频信号的测点。为了满足测点问询的需求，采取双芯片的结构来对信号进行处理，并自带A/D信号转换模块，实现模拟信号向数字信号的转换。这样单独的数据阅读器就可以满足6个温度传感器的数据分析需求。数据阅读器的信号读取速度可达到10ms/次。数据阅读器通过内置的基于 IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议的短距离无线通讯技术ZigBee模块来实现与数据传输路由器的通讯。

2.2.3 数据传输路由器

数据传输路由器对数据阅读器的温测数据进行管理，并可以与多个阅读器构成ZigBee块节点的通讯网状结构，该路由节点方式自愈能力强，可实现自由组网。免除了单一节点损坏而造成的连锁通讯影响。数据传输路由器向上与监控主站相连，按照10M/100M的自适应网络接口接入变电监测主系统。

2.2.4 监测主站

所谓的监测主站就是对SAW温度传感器、数据阅读器以及数据传输路由器所传递的温测数据进行汇总，纳入变电监测的总数据库，并对汇总的数据以数据统计图表的方式进行呈现。并按照实测温度与系统中存储的标准温度信息进行比较后向运维管理人员发出三级告警信息。监测主站的数据库系统由历史数据库、专家数据库、案例数据库、基本信息数据库以及实时温变信息数据库组成。当发生温变时，告警信息的紧急程度以警示灯和信息提示框的方式进行显示。一级告警时，说明该高压开关柜的内部测点存在温度升高的可能性；二级告警时，说明该高压开关柜的内部测点已经发生温度升高或者即将达到升温标准；三级告警时，则表明该测点已经发生严重温变，必须立刻处理。通过三级告警分别实现温升趋势、超温警报、温度跃迁的监测，根据系统数据库综合制定故障排除方案，从而更有效的实现温度控制和故障排除。

2.3 声表面波实时测温系统的实测分析

某110KV变电站共有10组高压开关柜，在其中一柜体内安装一套声表面波实时温测系统。并在上线运行两个月后进行采集数据的分析，发现通过该温测系统能够有效的监控高压开关柜内易发生升温的部位，并适应开关柜强电强磁的工作环境。期间开关柜的隔离触头、母排连接处分别发生了3次温度跃迁和2次超温现象。通过监测主站的数据分析和故障排除方案具体实施，期间未发生高压开关柜严重温度故障，保障了该变电站的稳定运行。

3 结束语

综上所述，应用声表面波技术的高压开关柜实时温测系统的环境适应性强，能够满足高压开关柜的温测需求，实现高精度的温度监测和快速告警反应，从而有效避免局面温度异常对高压开关柜稳定运行的影响，对变电站的稳定运行有重要意义，可根据变电站的设备温测需求进行推广使用。

参考文献

[1]叶鹤林，陈国锋，陈霞，等.基于声表面波特性的无源无线测温技术在电力系统的应用研究[J].电工技术：理论与实践，2015（09）：127-127.

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作者单位

江西洪屏抽水蓄能有限公司 江西省宜春市 336000endprint