淮亚利
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要： 针对开关柜等发热设备的监测 ，传统的测温方式在绝缘性能、安装方式、可靠性和稳定性方面不能满足现场实际使用需求 ，造成了设备监测缺乏相应的技术手段以及实施成本较高等问题。本文针对无源供电无线测温在线监测系统进行了研究和开发 ，提出了一种基于声表面波技术的测温技术 ，在变电站进行了实践和应用。
关键词： 设备检测 ；无线测温 ；变电站
0 引言
电力系统设备在长期的运行中 ，往往容易产生老化或过热现象 ，这些现象如果没有及时发现和解决 ，可能会造成严重的事故。而对于变电站设备的维护和监控 ， 往往由于地理位置偏远 ，管理人员不能面面俱到 ，巡检和维护的难度较大。因此 ，通过自动化来实现远程监控和预警系统就变得十分必要 ，也成了管理人员的重要手段。
传统的测温方式在绝缘性能、安装方式、可靠性稳定性以及实施成本上存在各种各样的问题。无源供电无线测温在线监测系统提出了一种基于声表面波（SAW） 的全新的测温技术。
1 系统建设的意义
通过无源供电无线测温在线监测系统的应用，将实现以下应用功能。
a.实现设备运行温度实时监测。无源供电无线测温在线监测系统为有效消除电网因开关柜因过热带来的安全运行隐患提供了有效的技术手段 ，解除由此造成经济危害和社会损失的可能。
b.辅助实现设备的状态检修。传统的检修模式 ， 对于设备故障的维护 ，往往是通过定期的巡检来发现和解决 ，特别是对于偏远地区的维护时间和周期较长 ，往往不能及时解决。通过建立在线监测系统 ，可以对设备的状态进行实施监控和预警 ，更新了变电站的设备的维护模式 ，将更加有效的保障设备安全稳定运行。
c.为科学调度提供参考依据。建立温度与负荷的关联分析模型 ，根据负荷情况预测温度变化趋势 ，为负荷控制提供决策依据。电力设备的状况可能会对整个电网的情况造成较大影响 ，并且能反映出电网的运行情况和负荷等。因此 ，对电力设备状况的研究和监控 ，将有助于电力系统的整体运行和辅助决策。
2 系统实现
2.1系统组成
在线监测系统主要由温度传感器、温度采集器、测温主控终端和监控应用系统组成。温度采集器的作用是进行变电站设备刀闸、开关等接触点的温度采集 ，温度采集器根据需要布置在多个点位上。温度传感器将多个开关柜的多个点采集到的温度数据进行汇总 ，并将数据通过无线网络传输到测温主控终端 ，在测温主控终端上再通过监控应用系统进行数据的存储、统计、分析和预警等应用。
2.2温度传感器
温度传感器是通过声表面波原理 ，在设备表面接受到信号后 ，利用材料的物理特性将信号转换成电信号。通过安装在设备表面的温度采集器进行温度数据的采集和温度传感器的反射波的接收 ，可以获得连续的、稳定的实时温度数据 ，为下一步的数据分析提供原始数据。
2.3温度采集器
温度采集器和温度传感器是对应的 ，温度采集器负责发射射频信号 ，温度传感器通过无线通信负责处理该信号 ，并上传到主控终端。
温度采集器的发射频率为428 ～ 439MHz，发射信号为单频信号，不同的频率代表不同的信号。信号接收后，通过信号的放大、滤波等处理后 ，转换成可以识别的电信号 ，从而获得温度参数。
2.4测温主控终端
测温主控终端是无源供电无线测温在线监测系统的核心设备 ，主控终端是对采集到的数据的后期处理 ，包括数据存储、数据分析和数据统计、温度告警、数据转发、参数设置及协议转换。下行通过CAN总线或无线方式与温度采集器连接，获得所连接传感器的温度信息。根据设定的参数 ，分析温度信息以确定是否产生告警信息；上行与主站系统的通讯采用RS485接口，并按照一定的规约，以实现数据的传输。
2.5监控应用系统
监测系统的应用包括系统的设备参数设定、温度信息的获取和数据的分析应用和系统预警等。这些功能往往可以作为嵌入电力系统自动化系统中 ，作为一个模块作为应用 ，也可以作为一套独立的系统 ，用于温度的监测和预警。这些功能都将对多台电力设备的状况监测一体化 ，有助于设备管理人员了解分析状况 ，保证设备的正常运作。
2.6系统功能设计
a.温度显示。对于设备各点的温度实时显示 ，温度的发展趋势和曲线 ，查看分析历史记录 ，该显示可以通过电力系统 SCADA 系统中实现 ，也可以通过主控终端外接的显示屏幕显示。
b.报警功能。报警功能是通过测温主控终端的设定 ，按照现场管理需求 ，对温度界限、值等进行管理 ，在温度超过设定值 ，进行预警 ，预警的方式包括主控终端蜂鸣预警、指示灯闪烁预警和短信息预警等。
c.设备参数设定。设备参数的设定包括对传感器温度校准、预警温度设定、发射和接受信号的频率设定以及系统时间等功能。
综合分析。综合分析功能是对设备的温度进行故障分析、历史趋势分析以及数据进行统计应用等高级应用功能，专家系统将为管理者提供设备故障分析结果， 供参考和辅助决策。
远程维护。系统的远程维护功能是对系统的故障数据分析统计结果的基础上 ，实现的远程运行维护 ， 可以对设备的初始化、重启以及系统升级等。
2.7 通信方式
温度采集器：通过无线方式采集开关柜内一组传感器的温度数据，其安装位置没有特别的要求，以方便取电、走线为原则，如开关柜的仪表室。
测温主控终端：安装在变电站主控室或其他方便与采集器进行通信的场所 ，提供所有站内温度采集装置与本地主站系统或远程监控系统的统一的通信接口及协议转换。
站内各温度采集器、测温主控终端均配置无线通信模块 ，它们通过无线通信信道进行数据交换，变电站内无需布线。
3 安科瑞无线测温系统介绍
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，在广泛征求用户和专家意见的基础上,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的无线测温软件。
3.1 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），系统设计遵循标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，安全性、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
3.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信
■温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
a.弹岀事件报驚窗口.
b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.
C.短信吿警，可以向发送吿警信息短信（需选配）.
■历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
■定值设置
用于修改高温定值、超温定值。
■WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
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。
运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温 度数据以及曲线。
3.3 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
3.3.1 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。
物料名称 | 型号 | 参数说明 |
电池型无线测温传感器 |
ATE100 | 电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空旷距离10米； 102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(长*宽*高，孔径)。 |
ATE200 | 电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空旷距离10米； 44.17*30*18.5mm，L=325.40mm(长*宽*高，三色表带)。 | |
ATE300B | 电池供电，寿命≥5年；-10℃~+125℃； 470MHz，空旷距离150米； 49.95*35.95*22mm(长*宽*高)。 | |
CT取电型无线测温传感器 |
ATE300 | CT感应取电，启动电流≥5A；-10℃~+125℃； 470MHz，空旷距离150米； 扎带固定，合金片取电；73*33.5*16mm(长*宽*高)。 |
ATE400 | CT感应取电，启动电流≥5A；-50℃~125℃； 433MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。 |
3.3.2 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。
物料名称 | 型号 | 参数说明 |
无线收发器 | ATC200 | 可接收12个ATE100/200 |
ATC400 | 可接收240个ATE300/ATE300B | |
ATC450-C | 可接收240个ATE400 |
3.3.3 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。
物料名称 | 型号 | 参数说明 |
显示终端 | ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 接收多达60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
显示终端 | ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 接收多达12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
显示终端 | ATP007 ATP010 | 面框226.5*163*6mm，深度70mm；开孔215*152mm； DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。 |
无线测温集中集中采集设备 | Acrel-2000T/A | 壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200 （单位mm） |
无线测温监控设备 | Acrel-2000T/B | 硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：Microsoft SQL Server 2008 R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm) |
4 结论
无线温度传感装置及配套管理系统 ，温度测量传感器无需供电 ，从而减少了日常检测维护成本。该配套管理系统提供温度异常告警、实时设备温度采集、日常温度监测、设备状态评估等功能 ，避免重大因温度导致的故障的发生。系统的研究和实施产生了良好的经济效益和社会效益 ，具有一定的推广前景。
【参考文献】
[1] 杨楷，李志刚，景玉鹏．声表面波气体传感器的研究进展[J].电子元件与材料，2009，27(9)：26-30.
[2] 曾强.无源供电无线测温在线监测系统研究应用
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册 2019.11版
