摘要：研究設計基于感應取電方式的電力無(wú)線(xiàn)測溫系統，測溫終端檢測到設備溫度后，通過(guò)采集器匯總處理并利用Zigbee組網(wǎng)傳輸數據，監控通過(guò)后臺軟件可以監視整個(gè)高壓輸配電線(xiàn)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；遠程測溫
0.引言
電力設備安全可靠性是規模輸配電和電網(wǎng)安全運行的重要保障，隨著(zhù)經(jīng)濟的快速增長(cháng)，*的供電負荷日益增加，同時(shí)也給電網(wǎng)電氣設備帶來(lái)了一系列的安全問(wèn)題。電網(wǎng)設備中的觸頭和接頭是電網(wǎng)安全的重要隱患，如高壓開(kāi)關(guān)設備因高壓斷路器動(dòng)、靜觸頭接觸不良，加上長(cháng)期大電流、觸頭老化等因素易導致接觸電阻變大，造成觸頭溫升過(guò)高，然后發(fā)生高壓柜燒毀事故。電纜接頭隨著(zhù)運行時(shí)間的延長(cháng)會(huì )出現壓接頭松動(dòng)、絕緣老化以及局部放電、高壓泄漏等問(wèn)題，從而引起發(fā)熱和溫升，這將使其運行狀況進(jìn)一步惡化，促使溫度進(jìn)一步提升，這一惡性循環(huán)的結果就是引發(fā)短路放炮，甚至火災。因此，電力設備安全運行實(shí)時(shí)監控的實(shí)施迫在眉睫。相比常見(jiàn)的示溫蠟片法、紅外測溫儀、光纖測溫系統等，電力無(wú)線(xiàn)測溫系統實(shí)時(shí)性強、性?xún)r(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.系統實(shí)現方式
無(wú)線(xiàn)測溫終端采用自取電的方式進(jìn)行供電，采用全數字方式工作，該終端附著(zhù)在高壓電器上，等電位監測設備運行狀態(tài)。無(wú)線(xiàn)測溫終端把溫度信號通過(guò)頻段為433MHz的無(wú)線(xiàn)方式傳送給采集器，采集器可以接收多個(gè)測溫終端的數據，同時(shí)把接收到的數據發(fā)送給內置的Zigbee模塊，然后進(jìn)行組網(wǎng)傳輸，每個(gè)采集器就是一個(gè)Zigbee節點(diǎn)設備，相鄰的節點(diǎn)通過(guò)集中器組成一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現與各個(gè)節點(diǎn)設備的數據通信以及收集匯總，然后通過(guò)GPRS上傳給監控。為保證Zigbee網(wǎng)絡(luò )的可靠穩定和實(shí)時(shí)性，可以在輸電線(xiàn)路中組成若干個(gè)網(wǎng)絡(luò )。監控可以實(shí)時(shí)監控每個(gè)發(fā)熱點(diǎn)溫度的變化，工作人員足不出戶(hù)就能掌握整個(gè)高壓系統的發(fā)熱狀況，進(jìn)而作出正確的決策。
2.系統組成
無(wú)線(xiàn)測溫系統旨在解決常規測溫手段實(shí)時(shí)性差、受安裝環(huán)境限制大、無(wú)法實(shí)現對封閉設備測溫的難題，滿(mǎn)足戶(hù)外輸配電線(xiàn)路及無(wú)人值守變電站對主要設備溫度實(shí)時(shí)監控的需求。在實(shí)際設計中主要需解決以下問(wèn)題：對主要設備關(guān)鍵部位溫度的實(shí)時(shí)采集，溫度信號的傳輸方式及監控后臺軟件的設計。系統相應的設備包括：
（1）無(wú)線(xiàn)測溫終端。無(wú)線(xiàn)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(zhù)在發(fā)熱點(diǎn)上，并和測溫主機通過(guò)導線(xiàn)相連接。溫度采樣后，測溫主機把溫度數據通過(guò)頻段為433MHz的無(wú)線(xiàn)方式傳送給采集器。
（2）采集器。采集器可以同時(shí)接收多個(gè)測溫終端的數據，進(jìn)行匯總處理，然后把接收到的數據發(fā)送給內置的Zigbee模塊，進(jìn)行組網(wǎng)傳輸，每個(gè)采集器就是一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)設備，相鄰的節點(diǎn)可以組成一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現與各個(gè)節點(diǎn)設備的數據通信，解決了頻段為433MHz的無(wú)線(xiàn)方式傳輸數據距離有限的問(wèn)題，擴大了溫度監控的范圍。
（3）集中器。由集中器組建成Zigbee網(wǎng)絡(luò )，對網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)設備的數據進(jìn)行匯總，然后通過(guò)GPRS把數據上傳給監控。若輸電線(xiàn)路距離很遠，可以由若干個(gè)集中器把相鄰的節點(diǎn)設備各自組成一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )，提高系統溫度采樣的實(shí)時(shí)性。
（4）監控后臺軟件。通過(guò)配套軟件的開(kāi)發(fā)應用，無(wú)線(xiàn)測溫系統監控端可對采集的數據進(jìn)行分組編輯定義，實(shí)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(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
無(wú)線(xiàn)測溫終端的供電方式為感應取電，即將高壓輸電線(xiàn)路周?chē)袘碾姶拍芰哭D化為電能。該終端的取電性能，無(wú)工作盲點(diǎn)。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(xiàn)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(méi)有任何影響，不同于傳統硅鋼片，取電能量很高，產(chǎn)熱很?chē)乐?，?huì )升高檢測點(diǎn)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(chǎn)熱嚴重的問(wèn)題，喉箍式雙模測溫終端通過(guò)對材料和結構的改進(jìn)，*避免了該現象。通過(guò)以上措施，保證無(wú)線(xiàn)測溫終端穩定可靠，抗干擾性強。
無(wú)線(xiàn)測溫終端通過(guò)433MHz的無(wú)線(xiàn)信號把溫度信息傳給采集器，采集器可以同時(shí)接收多個(gè)無(wú)線(xiàn)測溫終端的溫度信息，但由于是無(wú)線(xiàn)信號，無(wú)法把溫度信息直接傳輸給監控，若每個(gè)采集器都加裝一個(gè)GPRS模塊，成本會(huì )比較高，同時(shí)也增加了系統的復雜程度。因此，為簡(jiǎn)化系統，同時(shí)保證數據可靠實(shí)時(shí)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、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，主要是為工業(yè)現場(chǎng)自動(dòng)化控制數據傳輸而建立，具有結構簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠、價(jià)格低的特點(diǎn)。它是一個(gè)由可多到65000個(gè)無(wú)線(xiàn)數傳模塊組成的無(wú)線(xiàn)數傳網(wǎng)絡(luò )平臺，每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )數傳模塊之間都可以相互通信。正是由于這些特點(diǎn)，在采集器中內置了Zigbee模塊，使之成為一個(gè)Zigbee節點(diǎn)設備，集中器把相鄰的采集器組成網(wǎng)絡(luò )，進(jìn)行溫度數據傳輸及匯總，然后通過(guò)GPRS上傳給監控。這樣一來(lái)，可以大大減少GPRS模塊的裝配數量，地降低了成本。在長(cháng)距離的輸配電線(xiàn)路中，為保證數據傳輸的實(shí)時(shí)性、可靠性，可以組建若干個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò )。這樣就保證了在戶(hù)外環(huán)境惡劣的條件下，無(wú)線(xiàn)測溫終端的溫度數據也得到便捷的傳輸，增加了系統的靈活性、可靠性。
4.系統特點(diǎn)
（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(guò)帶屏蔽、抗高溫老化線(xiàn)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(xiàn)間有一定的縫隙，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(wǎng)靈活，范圍廣。通過(guò)Zigbee技術(shù)，把相鄰的各個(gè)節點(diǎn)設備組成小網(wǎng)絡(luò )；通過(guò)GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)將各個(gè)小網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)數據上傳到監控，可以組成大范圍的遠方溫度監測網(wǎng)絡(luò )。
（3）可靠性高。系統處于高電壓環(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(huán)境復雜，合理的結構設計保障了設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，軟件輔助糾錯保證了數據采集準確、傳輸可靠。
5.安科瑞測溫產(chǎn)品介紹
a.電池供電型無(wú)線(xiàn)溫度傳感器
安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器。
目前無(wú)線(xiàn)溫度傳感器有三款：
b.CT感應取電無(wú)線(xiàn)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(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器。
目前無(wú)線(xiàn)溫度傳感器有兩款：
安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫就地顯示配置：
ASD300/320智能操控裝置可連接12路無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，ARTM-Pn無(wú)線(xiàn)測溫裝置可以連接18路無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，無(wú)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(wú)線(xiàn)測溫帶操顯功能（就地顯示）
Acrel-2000T/B無(wú)線(xiàn)測溫壁掛式監控設備，內存4G,硬盤(pán)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(shí)顯示溫度分布以及報警等詳細參數。
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圖2無(wú)線(xiàn)測溫采集設備配置方案
6、結語(yǔ)
無(wú)線(xiàn)遠程測溫系統可以實(shí)時(shí)監測輸配電線(xiàn)路各個(gè)發(fā)熱點(diǎn)的溫度情況，減少了設備次數，降低了運營(yíng)成本。另外，通過(guò)長(cháng)時(shí)間的運行數據收集整理，輸配電線(xiàn)路各主要設備均建立了自己的溫度數據庫，為實(shí)現設備狀態(tài)檢修提供了決策信息，有利于共同營(yíng)造安全生產(chǎn)的良好氛圍，實(shí)現安全生產(chǎn)的目標。
【參考文獻】
