配電線路設備測溫裝置的研究

臺德群 彭乃勇 易凡

摘要：配電線路是電力裝備系統(tǒng)的重要構(gòu)成，其在保證用戶用電安全性、推動社會經(jīng)濟迅猛發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。溫度是影響配電線路運行效率的關(guān)鍵因素之一，應加強線路運行溫度的檢測，保證相關(guān)調(diào)整方案擬定的針對性、實施的有效性。現(xiàn)如今，傳統(tǒng)測溫儀器在應用過程暴露出很多不足，基于此本文設計了一種新型配電線路設備測溫裝置。

關(guān)鍵詞：配電線路;設備測溫裝置;方案構(gòu)成;設計與研究

電能在長距離運輸過程中，導線的熱容量對配電的最高標準形成直接影響。故而，為保證配電線路運行的安全性、有效性，加強溫度測量具有很大現(xiàn)實意義，而測溫裝置在設備溫度測量過程中發(fā)揮重要作用。為彌補傳統(tǒng)測溫裝置在運行過程中存在的不足，本文設計了一種新型測溫裝置[1]。實踐證明，該種新型測溫裝置能實時、全面、及時、精確的檢測出配電線路中是否存在故障，進而推行科學有效的應對措施，以此保證配電線路運行的安穩(wěn)性、高效性。

1傳統(tǒng)配電線路的測溫裝置概述

以往，配電線路采用的傳統(tǒng)測溫裝置主要由電流互感器、溫度傳感器、蓄電池及電路斷口控制器與相應的網(wǎng)絡信息模塊等構(gòu)成。以導線為媒介遠距離傳導電力資源，進而為電力系統(tǒng)運行提供電能，保證系統(tǒng)在較長時間內(nèi)處于較優(yōu)良的運行狀態(tài)中。為測量導線設施的溫度，采用了接觸式測溫技術(shù)，該技術(shù)建設了電流互感器與配電線路兩者的交接關(guān)系，通過供應電能的形式測量導線在現(xiàn)實運轉(zhuǎn)過程中的現(xiàn)實溫度，以環(huán)境溫度、導線自體溫度與線火溫

度等較為常見[2].傳統(tǒng)輸配線裝置盡管能較好的實現(xiàn)對線路溫度的實時監(jiān)測，但相關(guān)設備外殼采用不銹鋼制作，故而在采集測溫數(shù)據(jù)過程中，設備自體外殼若被腐蝕，就會導致加電場對相關(guān)信號形成較大干擾，進而影響測溫數(shù)據(jù)的精確度。

2新型配電線路設備測溫裝置

2.1總體方案

①傳感器模塊：選擇無線無源，傳輸無需通過傳輸線;無需單獨使用供電電源;②天線：選用增益探測天線，具有結(jié)構(gòu)較為復雜、成本較高、能夠抗干擾接受信號、收發(fā)信號效果好等特征;③處理模塊：選擇單片機，其特征以集成電路芯片，小封裝，占用空間小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可實現(xiàn)模塊化等為主。

2.2選擇無線無源技術(shù)傳感器

因為測量環(huán)境易發(fā)生高溫且處于電場環(huán)境中，結(jié)合RFID射頻識別技術(shù)特征發(fā)現(xiàn)其不符合要求。而聲表面波傳感器，將溫度和頻率之間建設了對應關(guān)系，內(nèi)部無任何的電子晶體管，適用于強電場作用下的工作環(huán)境中，測溫范圍較廣，（-20°C～+150°C）

2.3選擇單片機類型

應遵照內(nèi)存范圍≥8kB、時鐘頻率高的原則。可供選擇的方案有兩種：方案①——51：內(nèi)存為128B-1kB，最高時鐘頻率為12MHZ，經(jīng)整體分析后，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)存不滿足設計，時鐘頻率相對較低;方案②——STM32：內(nèi)存為8k-512K，最高時鐘頻率為72MHZ，內(nèi)存與時鐘頻率均符合要求。

2.4選擇STM32單片機具體型號

STM32單片機的性能有引腳、內(nèi)存、封裝結(jié)構(gòu)等，整體分析后擬定選用規(guī)格為：引腳數(shù)64個、內(nèi)存容量256KB、封裝結(jié)構(gòu)為LQFP的STM32單片機。經(jīng)資料比對，決定選擇型號為STM32F103RCT的單片機[3]。

2.5設定最佳方案

經(jīng)系統(tǒng)分析及評估后，最后設定了實現(xiàn)目標的最終方案，見圖2：

3優(yōu)化配電線路設備測溫裝置實施效果的措施

3.1制作SAW聲表面波傳感器

在實驗室內(nèi)，檢測SAW聲表面波傳感器測溫范疇，具體將傳感器置于溫度調(diào)節(jié)器上，調(diào)節(jié)溫度，測試傳感器的正常頻次，傳感器測溫正常率=（正常測溫次數(shù)/測溫總次數(shù)）×100%。從-20-150°C每隔15°C進行數(shù)次測量，發(fā)現(xiàn)當溫度在-20℃～145℃區(qū)間取值時，傳感器測溫正常率均為100%，溫度為160℃、175℃、190℃時，對應的傳感器測溫正常率依次為83%、80%、85%。對數(shù)次測量的結(jié)果進行分析，發(fā)現(xiàn)145℃～160℃之間測溫不穩(wěn)定性，繼而擬定對145℃～160℃每隔1℃進行數(shù)次檢測，發(fā)現(xiàn)溫度在145℃～152℃區(qū)間內(nèi)，傳感器測溫正常率均為100%，153℃、154℃、155℃……160℃感器測溫正常率依次為86%、80%、92%、83%、82%、76%、84%、87%。綜合分析后，發(fā)現(xiàn)152°C后溫度測試開始不穩(wěn)定，但是目標為-20℃～150℃測溫正常，由此可以得出測溫范疇是-20℃～150℃。

3.2增益探測天線制作

增益探測天線外觀及參數(shù)見圖4.

在強電場密閉柜體內(nèi)進行天線信號的接收測試，每次試驗次數(shù)100次，分為10組，發(fā)現(xiàn)1、2、3……10組對應的接收次數(shù)依次為100次、99次、100次、100次、98次、100次、100次、100次、100次、100次，對應的成功率依次為100%、99%、100%、100%、98%、100%、100%、100%、100%、100%。綜合分析后，發(fā)現(xiàn)信號接收成功率達到99.7%，這提示該階段目標實現(xiàn)[4]。

3.3單片機處理模塊制作

在實驗室內(nèi)進行距離連接測試，利用（成功連接次數(shù)/總測試次數(shù)）×100%呈現(xiàn)出來，當檢測距離為0.5m、1.0m、1.5m、2.0m……7.0m時，對應的連接成功率依次為100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、95%、97%。對以上數(shù)據(jù)進行整體分析后，發(fā)現(xiàn)在0～5m數(shù)據(jù)傳輸能夠達到100%。

3.4整機組裝調(diào)試

在實驗室中完成設備設施組裝工作以后，對整機測溫時間進行檢測，共計獲得100組數(shù)據(jù)，并采用測溫直圖進行分析（見圖5）

對直方圖進行分析，發(fā)現(xiàn)圖形對稱分布，中間有一頂峰，左右兩邊逐漸降低，近似對稱，是正常形直方圖。

結(jié)合測溫時間區(qū)間分布情況，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)[5]：

公差中心：

測溫時間平均值：

由此可見，測溫時間的公差中心與平均值基本吻合。

標準偏差：

過程能力：由此可見，過程能力1.67>≥1.33，等級I級，過程能力充分，可以判定新設備測溫時間9.498min處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)多組測試結(jié)果，新型測溫裝置測溫所需時間小于目標值10min。

3.5應用效果

在設備日常巡檢中，配電線路設備測溫裝置逐漸成為必不可少的測溫儀器之一，每次檢修作業(yè)中，主要通過檢測溫度的形式去判斷設備運行狀況與技術(shù)狀態(tài)，降低設備事故發(fā)生的風險，保證配電線路運輸?shù)陌踩裕@得良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

結(jié)束語：

經(jīng)濟增長使社會用電量持續(xù)增加，用電量與用電負荷同步增加，配電線路是傳送電能的主要媒介，其所處運行環(huán)境日益復雜化，若出現(xiàn)故障，將會對整個電力系統(tǒng)運行的安全性、有效性形成不良影響，影響用戶用電過程。將新型測溫裝置應用于配電線路設備溫度監(jiān)測領(lǐng)域中，能迅速、精確的檢測出線路是否存在溫度異常狀況，進而有針對性的實施預防措施，借此方式去保證配電線路運行的安穩(wěn)性。

參考文獻：

[1]侯元文，張青峰，朱明嘉，等.一起10kV配電線路故障分析及應對措施[J].農(nóng)村電氣化，2019（05）：43-44.

[2]洪政.熱成像儀在配電設備缺陷診斷中的應用[J].通信電源技術(shù)，2019，36（04）：101-103.

[3]榮建國.提高煤礦輸配電電能質(zhì)量措施研究與實踐[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019（11）：25-26.

[4]梁波，張信新，崔紅淼.春季輸配電線路防外破管理[J].大眾用電，2019，34（04）：9.

[5]羅磊.10kV配電線路檢修及危險點預控研究[J].科技風，2018（35）：202.