浅谈无源无线温度传感器在开关柜测温中的研究与应用

摘要：针对声波表面波无源无线温度传感器在开关柜测温中的应用进行了分析。

关键词：声波表面；传感器；开关柜

1 概述

温度是表征电力一次设备运行正常的一个重要参数。随着用电量的急剧增长，为了满足用电需求，导致变电站的开关柜等高压设备长期运行在限状态，过负荷运行会导致一次设备的发热及过热，这一现象在负荷增长较快的地区显得尤为普遍。这些情况如不及时得到监控，及时处理，都将发生不可预测的大事故。通过对开关柜温度的实时监测，即可知道开关柜运行工况，通过电网信息资源整合，就可为状态检修提供强有力的依据。

2 声表面波技术基本原理

声表面波（SAW）是指能量集中在物体表面传播的弹性波,声表面波叉指换能器是一个非常重要的声表面波器件。自从出现了叉指换能器，才使声表面波技术以及声表面波传感器得到了具有实用价值的飞速发展。

SAWR由一对叉指换能器及金属栅条式反射器构成。两个叉指换能器一个用作发射声表面波，一个用作接收声表面波。叉指换能器和反射器采用半导体集成工艺，它将金属铝淀积在压电基底材料上，然后再用光刻技术将金属薄膜刻成一定尺寸及形状的特殊结构。叉指换能器的指宽、叉指间隔以及反射器栅条宽度、间隔都必须根据中心频率、Q值的大小、对噪声抑制的程度和损耗大小来进行设计、制作。

3 无源无线测温系统的基本构成

无源无线测温系统由测温传感器、采集主机、监控主机、监控软件组成。

采集传感器不需要供电,可以方便的安装在高压设备上，精确的跟踪发热点的温度变化，测温传感器于采集主机之间采用无线通讯纯绝缘系统，安全性能好。

一个开关柜安装6个传感器测量各动静触点温度，这6个传感器的温度采集信息的收发和管理由一个温度采集器统一完成。温度采集主机把传感器采集到的温度进行重新打包封装，通过有线或者无线的方式发个监控主机。变电站内多个开关柜通过采集器之间组成CAN总线网络或无线自组网进行数据本地传输，再由测温主控终端统一进行站内所有开关柜温度运行信息的采集、告警和管理。

测温主控终端通常安装在变电站主控室或者保护室，既可以通过LCD显示终端屏进行温度信息的本地显示，也可以通过数据接口按照标准通信规约传入SCADA系统，从而实现远程在线温度监控、分析以及预警。

4 安科瑞无线测温系统介绍与选型

安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款无线测温软件。

4.1 Acrel-2000T无线测温系统结构

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图1），系统设计遵循国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，可靠性和开放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。

图1 Acrel-2000T无线测温系统结构图

4.2 Acrel-2000T无线测温系统功能

■实时监测

■温度查询

■运行报表

■实时报警

■设备提供以下凡种告警方式：

■历史告警査询

■用户权限管理

实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。

接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。

能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。

运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。

4.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型

安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图2）。  

图2 电气接点在线测温结构图

4.3.1 安科瑞无线温度传感器

无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。

4.3.2 安科瑞无线收发器

无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

4.3.3 安科瑞显示终端

显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

5 创新及应用

基于声表面波的传感器是无源传感器，后期维护方便，安装简单，测量精度高，抗干扰能力强。该传感器可广泛应用于开关柜、电线电缆、变压器等一次设备的发热点。