《智能电网无线无源测温方法介绍》.pdf

开关柜电线监控用温度无线无源温度传感器 — 电网安全知冷热，北京威创普信科技有限公司内部稿 摘 要： 电网温度监测是我国智能电网目前面临的巨大挑战，本文给出了各种测温方式对比、从原理 上报道了最近测温进展，提出了基于 SAW 原理的无线无源测温方法，并且给出了最近的解 决方案。 第一节：应用领域： 电网安全生产不仅是一个庞大而复杂的系统工程，而且是电力公司乃至全社 会改革、发展和稳定的基础，也是未来我国乃至全世界智能电网发展的重中之重。 国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和国家电网 于4月19日发布《国家电网公司绿色发展白皮书》等一系列重要文件中，智能电 网安全保障已经纳入国家重大优先发展和着手实施的主题。 电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全保障的重要环节，尤其我 国正处于经济快速增长时期，国家电网的电力供电负荷日益增加，在持续扩大供 电同时给电网电器设备带来一系列的安全问题。为尽可能的避免各类电力事故， 电力设备安全运营实时监控的任务迫在眉睫。 电网设备中的触头和接头的电网安全的一个重要隐患。现有统计结果表明， 故障其主要发生在如下位置， 1）开关柜中动、静触头故障。开关柜作为一种广泛运用的电力设备，开关 柜是输配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监 测运行电量数据的重要作用。开关设备因高压断路器动、静触头接触不良，加上 长期的大电流、触头老化等因素易致其接触电阻增大，从而导致长时间发热、触 头温升过高甚至最终发生高压柜烧毁故障。 2）电缆接头故障。随着运行时间的延长、压接头的松动、绝缘老化、以及 局部放电、高压泄漏等，将引起发热和温度的升高，温度的升高将使这些状况进 一步恶化，这将促使温度进一步提升，这一恶性循环的结果就引发短路放炮，甚 至火灾。 目前对于开关柜接头触点的温度监测尚没有有效方法解决，作为监测的替代 方式，通常采用效率低且代价高的人工红外探测巡检方式，实时温度监控成为目 前智能电网的一大难题。 通常故障发生在如图1所示位置， 图1 电网温度隐患的触头和接头位置 为解决这一难题，目前我国和世界上诸多机构进行了相关研究探索。从测温 原理上通常采用六种，具体参照表1，从传输角度来说，包括有线和无线数据传 输方式。 从表1可以看出， 热敏电阻/点偶的方式缺点在于无法无线无源，即使采用无线发送模块，在电 网的磁场、电场和热场复杂情况下，抗干扰能力弱而无法正常工作。 采用光纤方式进行温度检测，其缺点在于光纤属于有线方式，会破坏既有设 备构架，而且高压情况下还会出现漏电、爬电隐患。 红外成像的方法在变电站套管、避雷器、母线等设备的温度监测中应用较多， 但由于高压开关柜内部结构复杂，元件互相遮挡较多，通过红外图谱间接获取温 度数据其准确性不能满足要求，对红外图谱的计算机识别技术水平还不能替代人 工识别，自动化程度不高，同时红外热像仪的成本较高，不利于推广使用。 通过压电原理开发的声表面波温度（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器， 是采用压电接触式探测温度和无线读取方式，精度高（无线工作模式情况下±0.1 ℃），可分布式，成本低，同时又因为有微妙级信号延迟而抗干扰能力强，因而 成为新一代开关柜、电缆接头的温度检测方法。 Vpsensor公司开发的常温、高温温度传感器系统为目前我国智能电网提供了 一种崭新的无线无源测温解决方案。 第二节：测温原理： 温度传感装置由以下部分组成：装在待测点的 SAW 传感器、读写器、接入设备、软 件平台。 传感器采用压电声表面波技术：声表面波（SAW ）指沿固体表面传播的声波，通过压 电原理，输入换能器把电信号通过压电效应转化成声信号，对声信号通过正负电压电极对实 现快速信号的采样处理，然后输出换能器通过逆压电效应把声信号恢复成电信号。通过控制 声波的激发、传播与接收，再通过读写器进行高精度的远距离读写，完成温度测量。 工作过程是： （1）压电效应-- 电转化成声：阅读器的天线周期地发送高频查询脉冲，被接收到的高 频脉冲通过叉指换能器转变成声表面波，并在晶体表面传播；