高壓開關柜無源無線溫度監測系統分析

張偉

摘 要 各大電廠對高科技的應用程序隨著科技發展水平的提升正在逐漸加深。高壓開關柜作為當前各大變電站和發電廠中，保證電力系統運行安全性、可靠性的重要設備。本文特以高壓開關柜為立足點，通過對無源無線溫度檢測系統的簡單分析，從而就該系統的具體設計方案展開研究，以期可以為提高該檢測系統的水平奠定基礎。

【關鍵詞】高壓開關柜 無源無線 溫度監測系統

高壓開關柜是各大變電站和發電廠中為了保證電力系統安全可靠運行的一種重要的電氣設備。隨著開關柜使用時間的增加，會導致設備本身接觸電阻增加或者是導體、觸頭接觸不良的情況，若不對其進行有效處理，則會帶來嚴重的安全事故。因此，實時監測開關柜內部接頭的溫度及時發現和解決相應的安全隱患勢在必行。

1 溫度監測系統基本架構

1.1 監測系統的基本原理

聲表面波（SAW）傳感器為傳統的接觸測溫模式，可以感知柜內易升溫測溫點上的溫度變化。其中，無源傳感器是以無線電波的方式，接收和發送天線板上發射出的間歇性特高頻信號。使工作人員可以借助無線測溫讀取器設備上的通訊接口，在同CAN總線連接后，上傳到監測總站內部的監測服務器之上。由監測服務器來完成存儲、分析、整理、記錄和溫度數據，在發現溫度超過最大限度時，提出警示，以此來實現對多個高壓開關柜溫度的實時監測。一般情況下，監測服務器主要是借助網絡通信接口同電力系統內部的局域網連接起來，對多個監測站內部的開關柜進行聯往檢測，提升監測系統的整體工作效率。

1.2 監測系統的基本功能

溫度監測系統主要具備以下幾項功能：

1.2.1 實時顯示柜內溫度

每一臺高壓開關柜都會有對應監測的無線測溫讀取器，且每臺開關柜可以同時連接多個讀取器，設置較多的測溫點，將實時溫度值在監測服務器和無線測溫讀取器上顯示出來。

1.2.2 自動報警

當測溫點實時溫度超過設定的安全限定值時，系統會自動發出預警和報警信號，提醒工作人員。

1.2.3 存儲、查詢和分析溫度數據

同測溫點有關的溫度數據，會定期被存入到監測服務器內部的數據庫內，工作人員可以通過查閱將某一時間節點的歷史新數據，繪制出測溫點的溫度變化曲線，從而了解開關柜的具體運行狀態。

1.2.4 系統拓展

無線無源溫度監測系統使用的是標準化的總線連接形式，此種連接方式可以極大的拓展系統內部高壓開關柜設備的安裝數量。

2 溫度檢測系統的設計方案

2.1 無源溫度傳感器設計

在眾多的無源傳感器中，SAW傳感器是以溫度變化導致聲表面波的相關器件固有的諧振頻率變化，達到測量電氣設備實時溫度的目的。聲表面波的諧振器時SAW無源無線溫度傳感器的核心部件，其主要被分為諧振型與延遲線型兩大種類。在無源穩固的傳感器中，壓電材料基片上表面的中央位置制備了一對叉指換能器元件，在兩個分別以周期性的排列方式，配置了兩組擁有多條反射柵陣列，使其能夠構成法布里·珀羅諧振腔，而叉指換能器元件的使用，既可以完成數據的輸入，還可以完成輸出，而當帶有射頻的電磁波被射入到叉指換能器之上時，電磁波就會隨之在壓電基片表面上形成所謂的聲表面波，之后，再經過反射柵的作用，在叉指換能器上被反射出來，被轉換成電磁波，從而形成射頻反射波。一般情況下，諧振器上固有的諧振頻率，是由聲表面波實際傳播速速和叉指換能器元件的幾何尺寸來決定的。當器件本身的溫度出現變化時，就會導致固有諧振頻率出現變化。因此，相關人員可以通過選擇適合的叉指換能器，壓電基片切向和晶體材料等，才可以保證溫度系統高階項接近零，保證溫度和固有的諧振頻率處于近似的線性關系，確保只有能夠得到固有的諧振頻率，便能夠確定器件在各個時段的溫度。此外，入射波采用的主要是間歇性的電磁波，在入射波已經消失之后，與之相應的反射波幅度就會衰減，形成振蕩信號，在振蕩信號中心，其頻率就是諧振器固有的諧振頻率。由此可以推斷出，相關恩怨只需要了解反射波頻率，就可以確定器件運行期間的實時溫度。這也是SAW諧振器能夠成為無源溫度傳感器，達到無源無線測溫目標的重要原因。

2.2 無線測溫讀取器設計

在溫度監測系統中，無線測溫讀取器是由射頻收發器模塊、DSP控制處理模塊、存儲器芯片、鍵盤、LCD顯示模塊、溫度越限報警電路等幾大模塊所組成。其中，DSP控制處理模塊除了要負責對射頻信號發射器在運行期間產生的電磁波進行控制，對電磁波進行適當的調理，使其可以變成間歇性電磁波，而后再由天線發射而出。當無源溫度傳感器接收到反射波之后，要經過適當的調理，將其送入到DSP模塊內部，完成變換和采樣工作，最后在借助DSP模塊處理相應的信號，以此來獲取到相應的溫度數據。

2.3 系統軟件設計

在溫度檢測系統中，軟件設計工作主要包括主程序、初始化程序，以及測量、顯示、參數設置、數據通信等子程序。在對系統軟件進行設計時，應當使用CCS3.0作為主要的變成開發工具，利用C語言，通過匯編語言和混合編寫的方式，編制出相應的軟件程序。當系統軟件上電之后，就可以開始執行初始化程序，完成對通信接口和DDS芯片、DSP和時鐘模式、LCD顯示等進行初始化的操作。之后，軟件中的主程序開始循環執行按鍵和掃描操作，在有案件操作時，參數設置子程序開始執行操作，完成設定系統參數的工作，而后在執行測量自程序。軟件系統中的DSP定時器，會產生控制信號，對射頻信號發射和接收進行有效控制，對接收到的信號進行采樣存儲，并按照事先設定的算法，計算出開關柜在現階段測量出的溫度。當開關柜內部測溫點的溫度超過了限定值時，就會發出聲光報警，并調用各個子程序上顯示出的每個測溫點溫度，將從通信子程序上調用出的測量結果上傳到監測服務器上，對所有的測溫點進行統一實時監測。

3 總結

總而言之，同其他的無源無線溫度檢測手段相比，SAW監測系統對高壓開關柜實時檢測更加簡便。而無源溫度傳感器的應用，有效解決溫度傳感供電困難的問題；無線測溫傳感器的使用，則極大的解決了高低電壓隔離困難的問題。但因為SAW無源無線監測系統在使用時，其本身具有溫頻特點，在抗干擾能力上有待完善。

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作者單位

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