基于無線溫度傳感器的實時遠程測溫技術研究

羅一鑌 楊元凱 殷青義 曹 波

（國網浙江玉環縣供電公司，浙江 臺州317600）

0 引言

電力設備安全可靠性是超大規模輸配電和電網安全運行的重要保障，隨著經濟的快速增長，國家電網的供電負荷日益增加，同時也給電網電氣設備帶來了一系列的安全問題。電網設備中的觸頭和接頭是電網安全的重要隱患，如高壓開關設備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期大電流、觸頭老化等因素易導致接觸電阻增大，造成觸頭溫升過高，最終發生高壓柜燒毀事故。電纜接頭隨著運行時間的延長會出現壓接頭松動、絕緣老化以及局部放電、高壓泄漏等問題，從而引起發熱和溫升，這將使其運行狀況進一步惡化，促使溫度進一步提升，這一惡性循環的結果就是引發短路放炮，甚至火災。因此，電力設備安全運行實時監控的實施迫在眉睫。相比常見的示溫蠟片法、紅外測溫儀、光纖測溫系統等，電力無線測溫系統實時性強、性價比高、安全可靠，利用該方式測量高壓環境溫度已成為一種必然趨勢。

1 系統實現方式

無線測溫終端采用自取電的方式進行供電，采用全數字方式工作，該終端附著在高壓電器上，等電位監測設備運行狀態。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據，同時把接收到的數據發送給內置的Zigbee模塊，然后進行組網傳輸，每個采集器就是一個Zigbee節點設備，相鄰的節點通過集中器組成一個Zigbee網絡，實現與各個節點設備的數據通信以及收集匯總，最終通過GPRS上傳給監控中心。為保證Zigbee網絡的可靠穩定和實時性，可以在輸電線路中組成若干個網絡。監控中心可以實時監控每個發熱點溫度的變化，工作人員足不出戶就能掌握整個高壓系統的發熱狀況，進而作出正確的決策。

2 系統組成

無線測溫系統旨在解決常規測溫手段實時性差、受安裝環境限制大、無法實現對封閉設備測溫的難題，滿足戶外輸配電線路及無人值守變電站對主要設備溫度實時監控的需求。在實際設計中主要需解決以下問題：對主要設備關鍵部位溫度的實時采集，溫度信號的傳輸方式及監控中心后臺軟件的設計。系統相應的設備包括：

（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。溫度傳感器附著在發熱點上，并和測溫主機通過導線相連接。溫度采樣后，測溫主機把溫度數據通過頻段為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據，進行匯總處理，然后把接收到的數據發送給內置的Zigbee模塊，進行組網傳輸，每個采集器就是一個Zigbee網絡的節點設備，相鄰的節點可以組成一個Zigbee網絡，實現與各個節點設備的數據通信，有效解決了頻段為433MHz的無線方式傳輸數據距離有限的問題，擴大了溫度監控的有效范圍。

（3）集中器。由集中器組建成Zigbee網絡，對網絡中各個節點設備的數據進行匯總，然后通過GPRS把數據上傳給監控中心。若輸電線路距離很遠，可以由若干個集中器把相鄰的節點設備各自組成一個Zigbee網絡，提高系統溫度采樣的實時性。

（4）監控中心后臺軟件。通過配套軟件的開發應用，無線測溫系統監控端可對采集的數據進行分組編輯定義，實現不同的預警功能；還可以應用軟件建立歷史溫度數據庫，為電力系統設備的狀態檢修提供決策信息，提高決策的正確性。

3 關鍵技術的實現

無線測溫終端的供電方式為感應取電，即將高壓輸電線路周圍感應的電磁能量轉化為電能。該終端的取電性能超強，無工作盲點。只要有3A以上一次電流就可以讓測溫主機正常工作。取電感應線圈采用特殊的軟磁合金材料，產熱很小，在5000A的大電流下對檢測點沒有任何影響，不同于傳統硅鋼片，取電能量很高，產熱很嚴重，會升高檢測點的溫度。對于感應取電方式的監測模塊往往存在模塊本身在大電流情況下產熱嚴重的問題，喉箍式雙模測溫終端通過對材料和結構的改進，完全避免了該現象。通過以上措施，保證無線測溫終端穩定可靠，抗干擾性強。

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控中心，若每個采集器都加裝一個GPRS模塊，成本勢必會比較高，同時也增加了系統的復雜程度。因此，為簡化系統，同時保證數據可靠實時傳輸，采用了Zigbee的物聯網技術。Zigbee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立，具有結構簡單、使用方便、工作可靠、價格低的特點。它是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的無線數傳網絡平臺，每個Zigbee網絡數傳模塊之間都可以相互通信。正是由于這些特點，在采集器中內置了Zigbee模塊，使之成為一個Zigbee節點設備，集中器把相鄰的采集器組成網絡，進行溫度數據傳輸及匯總，最終通過GPRS上傳給監控中心。這樣一來，可以大大減少GPRS模塊的裝配數量，有效地降低了成本。在長距離的輸配電線路中，為保證數據傳輸的實時性、可靠性，可以組建若干個Zigbee網絡。這樣就保證了在戶外環境惡劣的條件下，無線測溫終端的溫度數據也得到有效便捷的傳輸，大大增加了系統的靈活性、可靠性。

4 系統特點

（1）測溫終端采用分體設計。溫度傳感器與測溫主機采用分體設計，溫度傳感器與測溫主機之間通過帶屏蔽、抗高溫老化線連接，傳感器位于高溫區，而測溫主機遠離高溫區。另外，測溫主機與所連接母排或導線間有一定的縫隙，有效地阻隔了熱傳導，保障測溫主機工作在正常溫度，提高了設備運行的可靠性。

（2）組網靈活，范圍廣。通過Zigbee技術，把相鄰的各個節點設備組成小網絡；通過GPRS移動通信網將各個小網絡的節點數據上傳到監控中心，可以組成大范圍的遠方溫度監測網絡。

（3）可靠性高。系統處于高電壓環境中，具備高度的可靠性和安全性，保障了監控人員及監測系統、電力設備的安全。

（4）結構合理。由于電力系統中設備運行環境復雜，合理的結構設計保障了設備安裝適用不同的環境。選用器件集成度高，功耗低，可靠性高。多層屏蔽技術抗干擾能力強，軟件輔助糾錯保證了數據采集準確、傳輸可靠。

5 結語

無線遠程測溫系統可以實時監測輸配電線路各個發熱點的溫度情況，有效地減少了設備巡視次數，降低了運營成本。另外，通過長時間的運行數據收集整理，輸配電線路各主要設備均建立了自己的溫度數據庫，為實現設備狀態檢修提供了決策信息，有利于共同營造安全生產的良好氛圍，實現安全生產的目標。

［1］徐元哲，王樂天，劉雪冬，等.電力電纜接頭測溫系統的設計［J］.高電壓技術，2009（12）

［2］張改性，李海洲，張國方.電力設備無線測溫系統［J］.農村電氣化 ，2010（8）

［3］李華陽，尚宇煒，吳成才，等.高壓電纜感應式取電電源分析及設計［J］.電力電子技術，2012（10）