高压开关柜无源无线温度监测系统分析

张伟

摘 要 各大电厂对高科技的应用程序随着科技发展水平的提升正在逐渐加深。高压开关柜作为当前各大变电站和发电厂中，保证电力系统运行安全性、可靠性的重要设备。本文特以高压开关柜为立足点，通过对无源无线温度检测系统的简单分析，从而就该系统的具体设计方案展开研究，以期可以为提高该检测系统的水平奠定基础。

【关键词】高压开关柜 无源无线 温度监测系统

高压开关柜是各大变电站和发电厂中为了保证电力系统安全可靠运行的一种重要的电气设备。随着开关柜使用时间的增加，会导致设备本身接触电阻增加或者是导体、触头接触不良的情况，若不对其进行有效处理，则会带来严重的安全事故。因此，实时监测开关柜内部接头的温度及时发现和解决相应的安全隐患势在必行。

1 温度监测系统基本架构

1.1 监测系统的基本原理

声表面波（SAW）传感器为传统的接触测温模式，可以感知柜内易升温测温点上的温度变化。其中，无源传感器是以无线电波的方式，接收和发送天线板上发射出的间歇性特高频信号。使工作人员可以借助无线测温读取器设备上的通讯接口，在同CAN总线连接后，上传到监测总站内部的监测服务器之上。由监测服务器来完成存储、分析、整理、记录和温度数据，在发现温度超过最大限度时，提出警示，以此来实现对多个高压开关柜温度的实时监测。一般情况下，监测服务器主要是借助网络通信接口同电力系统内部的局域网连接起来，对多个监测站内部的开关柜进行联往检测，提升监测系统的整体工作效率。

1.2 监测系统的基本功能

温度监测系统主要具备以下几项功能：

1.2.1 实时显示柜内温度

每一台高压开关柜都会有对应监测的无线测温读取器，且每台开关柜可以同时连接多个读取器，设置较多的测温点，将实时温度值在监测服务器和无线测温读取器上显示出来。

1.2.2 自动报警

当测温点实时温度超过设定的安全限定值时，系统会自动发出预警和报警信号，提醒工作人员。

1.2.3 存储、查询和分析温度数据

同测温点有关的温度数据，会定期被存入到监测服务器内部的数据库内，工作人员可以通过查阅将某一时间节点的历史新数据，绘制出测温点的温度变化曲线，从而了解开关柜的具体运行状态。

1.2.4 系统拓展

无線无源温度监测系统使用的是标准化的总线连接形式，此种连接方式可以极大的拓展系统内部高压开关柜设备的安装数量。

2 温度检测系统的设计方案

2.1 无源温度传感器设计

在众多的无源传感器中，SAW传感器是以温度变化导致声表面波的相关器件固有的谐振频率变化，达到测量电气设备实时温度的目的。声表面波的谐振器时SAW无源无线温度传感器的核心部件，其主要被分为谐振型与延迟线型两大种类。在无源稳固的传感器中，压电材料基片上表面的中央位置制备了一对叉指换能器元件，在两个分别以周期性的排列方式，配置了两组拥有多条反射柵阵列，使其能够构成法布里·珀罗谐振腔，而叉指换能器元件的使用，既可以完成数据的输入，还可以完成输出，而当带有射频的电磁波被射入到叉指换能器之上时，电磁波就会随之在压电基片表面上形成所谓的声表面波，之后，再经过反射栅的作用，在叉指换能器上被反射出来，被转换成电磁波，从而形成射频反射波。一般情况下，谐振器上固有的谐振频率，是由声表面波实际传播速速和叉指换能器元件的几何尺寸来决定的。当器件本身的温度出现变化时，就会导致固有谐振频率出现变化。因此，相关人员可以通过选择适合的叉指换能器，压电基片切向和晶体材料等，才可以保证温度系统高阶项接近零，保证温度和固有的谐振频率处于近似的线性关系，确保只有能够得到固有的谐振频率，便能够确定器件在各个时段的温度。此外，入射波采用的主要是间歇性的电磁波，在入射波已经消失之后，与之相应的反射波幅度就会衰减，形成振荡信号，在振荡信号中心，其频率就是谐振器固有的谐振频率。由此可以推断出，相关恩怨只需要了解反射波频率，就可以确定器件运行期间的实时温度。这也是SAW谐振器能够成为无源温度传感器，达到无源无线测温目标的重要原因。

2.2 无线测温读取器设计

在温度监测系统中，无线测温读取器是由射频收发器模块、DSP控制处理模块、存储器芯片、键盘、LCD显示模块、温度越限报警电路等几大模块所组成。其中，DSP控制处理模块除了要负责对射频信号发射器在运行期间产生的电磁波进行控制，对电磁波进行适当的调理，使其可以变成间歇性电磁波，而后再由天线发射而出。当无源温度传感器接收到反射波之后，要经过适当的调理，将其送入到DSP模块内部，完成变换和采样工作，最后在借助DSP模块处理相应的信号，以此来获取到相应的温度数据。

2.3 系统软件设计

在温度检测系统中，软件设计工作主要包括主程序、初始化程序，以及测量、显示、参数设置、数据通信等子程序。在对系统软件进行设计时，应当使用CCS3.0作为主要的变成开发工具，利用C语言，通过汇编语言和混合编写的方式，编制出相应的软件程序。当系统软件上电之后，就可以开始执行初始化程序，完成对通信接口和DDS芯片、DSP和时钟模式、LCD显示等进行初始化的操作。之后，软件中的主程序开始循环执行按键和扫描操作，在有案件操作时，参数设置子程序开始执行操作，完成设定系统参数的工作，而后在执行测量自程序。软件系统中的DSP定时器，会产生控制信号，对射频信号发射和接收进行有效控制，对接收到的信号进行采样存储，并按照事先设定的算法，计算出开关柜在现阶段测量出的温度。当开关柜内部测温点的温度超过了限定值时，就会发出声光报警，并调用各个子程序上显示出的每个测温点温度，将从通信子程序上调用出的测量结果上传到监测服务器上，对所有的测温点进行统一实时监测。

3 总结

总而言之，同其他的无源无线温度检测手段相比，SAW监测系统对高压开关柜实时检测更加简便。而无源温度传感器的应用，有效解决温度传感供电困难的问题；无线测温传感器的使用，则极大的解决了高低电压隔离困难的问题。但因为SAW无源无线监测系统在使用时，其本身具有温频特点，在抗干扰能力上有待完善。

参考文献

[1]宿元斌，宿筱，何建廷.高压开关柜无源无线温度监测系统的研究[J].制造业自动化，2013，35（08）：32-35.

[2]吴俊，徐爱国.一种应用于高压开关柜的无源无线温度测量系统，CN204944700U[P].2016.

[3]袁晓东.高压开关柜的无源无线温度监测系统的研究与设计[D].东华大学，2013.

作者单位

江西洪屏抽水蓄能有限公司 江西省宜春市 336000endprint