摘要：研究設(shè)計(jì)基于感應(yīng)取電方式的電力無線測溫系統(tǒng)，測溫終端檢測到設(shè)備溫度后，通過采集器匯總處理并利用Zigbee組網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，監(jiān)控通過后臺軟件可以監(jiān)視整個高壓輸配電線路的溫度情況，進(jìn)而作出正確的決策。
關(guān)鍵詞：Zigbee；溫度傳感器；遠(yuǎn)程測溫
0.引言
電力設(shè)備安全可靠性是規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保障，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，*的供電負(fù)荷日益增加，同時也給電網(wǎng)電氣設(shè)備帶來了一系列的安全問題。電網(wǎng)設(shè)備中的觸頭和接頭是電網(wǎng)安全的重要隱患，如高壓開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期大電流、觸頭老化等因素易導(dǎo)致接觸電阻變大，造成觸頭溫升過高，然后發(fā)生高壓柜燒毀事故。電纜接頭隨著運(yùn)行時間的延長會出現(xiàn)壓接頭松動、絕緣老化以及局部放電、高壓泄漏等問題，從而引起發(fā)熱和溫升，這將使其運(yùn)行狀況進(jìn)一步惡化，促使溫度進(jìn)一步提升，這一惡性循環(huán)的結(jié)果就是引發(fā)短路放炮，甚至火災(zāi)。因此，電力設(shè)備安全運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控的實(shí)施迫在眉睫。相比常見的示溫蠟片法、紅外測溫儀、光纖測溫系統(tǒng)等，電力無線測溫系統(tǒng)實(shí)時性強(qiáng)、性價(jià)比高、安全可靠，利用該方式測量高壓環(huán)境溫度已成為一種趨勢。
1.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式
無線測溫終端采用自取電的方式進(jìn)行供電，采用全數(shù)字方式工作，該終端附著在高壓電器上，等電位監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。無線測溫終端把溫度信號通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器，采集器可以接收多個測溫終端的數(shù)據(jù)，同時把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊，然后進(jìn)行組網(wǎng)傳輸，每個采集器就是一個Zigbee節(jié)點(diǎn)設(shè)備，相鄰的節(jié)點(diǎn)通過集中器組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與各個節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信以及收集匯總，然后通過GPRS上傳給監(jiān)控。為保證Zigbee網(wǎng)絡(luò)的可靠穩(wěn)定和實(shí)時性，可以在輸電線路中組成若干個網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控可以實(shí)時監(jiān)控每個發(fā)熱點(diǎn)溫度的變化，工作人員足不出戶就能掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進(jìn)而作出正確的決策。
2.系統(tǒng)組成
無線測溫系統(tǒng)旨在解決常規(guī)測溫手段實(shí)時性差、受安裝環(huán)境限制大、無法實(shí)現(xiàn)對封閉設(shè)備測溫的難題，滿足戶外輸配電線路及無人值守變電站對主要設(shè)備溫度實(shí)時監(jiān)控的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要需解決以下問題：對主要設(shè)備關(guān)鍵部位溫度的實(shí)時采集，溫度信號的傳輸方式及監(jiān)控后臺軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)相應(yīng)的設(shè)備包括：
（1）無線測溫終端。無線測溫終端采用電流互感取電的方式供電，包括溫度傳感器和測溫主機(jī)。溫度傳感器附著在發(fā)熱點(diǎn)上，并和測溫主機(jī)通過導(dǎo)線相連接。溫度采樣后，測溫主機(jī)把溫度數(shù)據(jù)通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器。
（2）采集器。采集器可以同時接收多個測溫終端的數(shù)據(jù)，進(jìn)行匯總處理，然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊，進(jìn)行組網(wǎng)傳輸，每個采集器就是一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，相鄰的節(jié)點(diǎn)可以組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與各個節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，解決了頻段為433MHz的無線方式傳輸數(shù)據(jù)距離有限的問題，擴(kuò)大了溫度監(jiān)控的范圍。
（3）集中器。由集中器組建成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后通過GPRS把數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控。若輸電線路距離很遠(yuǎn)，可以由若干個集中器把相鄰的節(jié)點(diǎn)設(shè)備各自組成一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)，提高系統(tǒng)溫度采樣的實(shí)時性。
（4）監(jiān)控后臺軟件。通過配套軟件的開發(fā)應(yīng)用，無線測溫系統(tǒng)監(jiān)控端可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組編輯定義，實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)警功能；還可以應(yīng)用軟件建立歷史溫度數(shù)據(jù)庫，為電力系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)檢修提供決策信息，提高決策的正確性。
3.關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
無線測溫終端的供電方式為感應(yīng)取電，即將高壓輸電線路周圍感應(yīng)的電磁能量轉(zhuǎn)化為電能。該終端的取電性能，無工作盲點(diǎn)。只要有3A以上一次電流就可以讓測溫主機(jī)正常工作。取電感應(yīng)線圈采用特殊的軟磁合金材料，產(chǎn)熱很小，在5000A的大電流下對檢測點(diǎn)沒有任何影響，不同于傳統(tǒng)硅鋼片，取電能量很高，產(chǎn)熱很嚴(yán)重，會升高檢測點(diǎn)的溫度。對于感應(yīng)取電方式的監(jiān)測模塊往往存在模塊本身在大電流情況下產(chǎn)熱嚴(yán)重的問題，喉箍式雙模測溫終端通過對材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，*避免了該現(xiàn)象。通過以上措施，保證無線測溫終端穩(wěn)定可靠，抗干擾性強(qiáng)。
無線測溫終端通過433MHz的無線信號把溫度信息傳給采集器，采集器可以同時接收多個無線測溫終端的溫度信息，但由于是無線信號，無法把溫度信息直接傳輸給監(jiān)控，若每個采集器都加裝一個GPRS模塊，成本會比較高，同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。因此，為簡化系統(tǒng)，同時保證數(shù)據(jù)可靠實(shí)時傳輸，采用了Zigbee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。它是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間都可以相互通信。正是由于這些特點(diǎn)，在采集器中內(nèi)置了Zigbee模塊，使之成為一個Zigbee節(jié)點(diǎn)設(shè)備，集中器把相鄰的采集器組成網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳輸及匯總，然后通過GPRS上傳給監(jiān)控。這樣一來，可以大大減少GPRS模塊的裝配數(shù)量，地降低了成本。在長距離的輸配電線路中，為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性、可靠性，可以組建若干個Zigbee網(wǎng)絡(luò)。這樣就保證了在戶外環(huán)境惡劣的條件下，無線測溫終端的溫度數(shù)據(jù)也得到便捷的傳輸，增加了系統(tǒng)的靈活性、可靠性。
4.系統(tǒng)特點(diǎn)
（1）測溫終端采用分體設(shè)計(jì)。溫度傳感器與測溫主機(jī)采用分體設(shè)計(jì)，溫度傳感器與測溫主機(jī)之間通過帶屏蔽、抗高溫老化線連接，傳感器位于高溫區(qū)，而測溫主機(jī)遠(yuǎn)離高溫區(qū)。另外，測溫主機(jī)與所連接母排或?qū)Ь€間有一定的縫隙，地阻隔了熱傳導(dǎo)，保障測溫主機(jī)工作在正常溫度，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
（2）組網(wǎng)靈活，范圍廣。通過Zigbee技術(shù)，把相鄰的各個節(jié)點(diǎn)設(shè)備組成小網(wǎng)絡(luò)；通過GPRS移動通信網(wǎng)將各個小網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控，可以組成大范圍的遠(yuǎn)方溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。
（3）可靠性高。系統(tǒng)處于高電壓環(huán)境中，具備高度的可靠性和安全性，保障了監(jiān)控人員及監(jiān)測系統(tǒng)、電力設(shè)備的安全。
（4）結(jié)構(gòu)合理。由于電力系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保障了設(shè)備安裝適用不同的環(huán)境。選用器件集成度高，功耗低，可靠性高。多層屏蔽技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)，軟件輔助糾錯保證了數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、傳輸可靠。
5.安科瑞測溫產(chǎn)品介紹
a.電池供電型無線溫度傳感器
安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/span>
目前無線溫度傳感器有三款：
b.CT感應(yīng)取電無線溫度傳感器
安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/span>
目前無線溫度傳感器有兩款：
安科瑞無線測溫就地顯示配置：
ASD300/320智能操控裝置可連接12路無線溫度傳感器，ARTM-Pn無線測溫裝置可以連接18路無線溫度傳感器，無源（CT取電）方式為ATE300（捆綁式安裝），有源（電池供電）方式為ATE100（螺栓式安裝，主要用于電纜/銅排等螺絲固定的搭接點(diǎn)）和ATE200（表帶式，主要用于斷路器觸頭等接點(diǎn)捆綁安裝，因安裝較ATE100更方便，電纜/銅排等搭接點(diǎn)也常選用）。
圖1無線測溫帶操顯功能（就地顯示）
Acrel-2000T/B無線測溫壁掛式監(jiān)控設(shè)備，內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口，顯示器12寸，分辨率800*600，可選Web平臺/App服務(wù)器，柜體尺寸480*420*200（單位mm），配置IPAD,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實(shí)時顯示溫度分布以及報(bào)警等詳細(xì)參數(shù)。
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圖2無線測溫采集設(shè)備配置方案
6、結(jié)語
無線遠(yuǎn)程測溫系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測輸配電線路各個發(fā)熱點(diǎn)的溫度情況，減少了設(shè)備次數(shù)，降低了運(yùn)營成本。另外，通過長時間的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集整理，輸配電線路各主要設(shè)備均建立了自己的溫度數(shù)據(jù)庫，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修提供了決策信息，有利于共同營造安全生產(chǎn)的良好氛圍，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標(biāo)。
【參考文獻(xiàn)】
