淺談無源供電測溫線上監測系統功能與應用

安科瑞 華楠

摘 要： 針對開關櫃等發熱裝置的監測 ，傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性和穩定性方面不能滿足現場實際使用需求 ，造成了裝置監測缺乏相應的技術手段以及實施成本較高等問題。本文針對無源供電無線測溫線上監測系統進行了研究和開發 ，提出了一種基于聲表面波技術的測溫技術 ，在變電站進行了實踐和應用。

關鍵詞： 裝置檢測 ；無線測溫 ；變電站

0 引言

電力系統裝置在長期的運作中 ，往往容易産生老化或過熱現象 ，這些現象如果沒有及時發現和解決 ，可能會造成嚴重的事故。而對于變電站裝置的維護和監控 ， 往往由于地理位置偏遠 ，管理人員不能面面俱到 ，巡檢和維護的難度較大。是以 ，通過自動化來實作遠端監控和預警系統就變得十分必要 ，也成了管理人員的重要手段。

傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性穩定性以及實施成本上存在各種各樣的問題。無源供電無線測溫線上監測系統提出了一種基于聲表面波（SAW） 的全新的測溫技術。

1 系統建設的意義

通過無源供電無線測溫線上監測系統的應用，将實作以下應用功能。

a.實作裝置運作溫度實時監測。無源供電無線測溫線上監測系統為有效消除電網因開關櫃因過熱帶來的安全運作隐患提供了有效的技術手段 ，解除由此造成經濟危害和社會損失的可能。

b.輔助實作裝置的狀态檢修。傳統的檢修模式 ， 對于裝置故障的維護 ，往往是通過定期的巡檢來發現和解決 ，特别是對于偏遠地區的維護時間和周期較長 ，往往不能及時解決。通過建立線上監測系統 ，可以對裝置的狀态進行實施監控和預警 ，更新了變電站的裝置的維護模式 ，将更加有效的保障裝置安全穩定運作。

c.為科學排程提供參考依據。建立溫度與負荷的關聯分析模型 ，根據負荷情況預測溫度變化趨勢 ，為負荷控制提供決策依據。電力裝置的狀況可能會對整個電網的情況造成較大影響 ，并且能反映出電網的運作情況和負荷等。是以 ，對電力裝置狀況的研究和監控 ，将有助于電力系統的整體運作和輔助決策。

2 系統實作

2.1系統組成

線上監測系統主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主要終端和監控應用系統組成。溫度采集器的作用是進行變電站裝置刀閘、開關等接觸點的溫度采集 ，溫度采集器根據需要布置在多個點位上。溫度傳感器将多個開關櫃的多個點采集到的溫度資料進行彙總 ，并将資料通過無線網絡傳輸到測溫主要終端 ，在測溫主要終端上再通過監控應用系統進行資料的存儲、統計、分析和預警等應用。

2.2溫度傳感器

溫度傳感器是通過聲表面波原理 ，在裝置表面接受到信号後 ，利用材料的實體特性将信号轉換成電信号。通過安裝在裝置表面的溫度采集器進行溫度資料的采集和溫度傳感器的反射波的接收 ，可以獲得連續的、穩定的實時溫度資料 ，為下一步的資料分析提供原始資料。

2.3溫度采集器

溫度采集器和溫度傳感器是對應的 ，溫度采集器負責發射射頻信号 ，溫度傳感器通過無線通信負責處理該信号 ，并上傳到主要終端。

溫度采集器的發射頻率為428 ～ 439MHz，發射信号為單頻信号，不同的頻率代表不同的信号。信号接收後，通過信号的放大、濾波等處理後 ，轉換成可以識别的電信号 ，進而獲得溫度參數。

2.4測溫主要終端

測溫主要終端是無源供電無線測溫線上監測系統的核心裝置 ，主要終端是對采集到的資料的後期處理 ，包括資料存儲、資料分析和資料統計、溫度告警、資料轉發、參數設定及協定轉換。下行通過CAN總線或無線方式與溫度采集器連接配接，獲得所連接配接傳感器的溫度資訊。根據設定的參數 ，分析溫度資訊以确定是否産生告警資訊；上行與主站系統的通訊采用RS485接口，并按照一定的規約，以實作資料的傳輸。

2.5監控應用系統

監測系統的應用包括系統的裝置參數設定、溫度資訊的擷取和資料的分析應用和系統預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統自動化系統中 ，作為一個子產品作為應用 ，也可以作為一套獨立的系統 ，用于溫度的監測和預警。這些功能都将對多台電力裝置的狀況監測一體化 ，有助于裝置管理人員了解分析狀況 ，保證裝置的正常運作。

2.6系統功能設計

a.溫度顯示。對于裝置各點的溫度實時顯示 ，溫度的發展趨勢和曲線 ，檢視分析曆史記錄 ，該顯示可以通過電力系統 SCADA 系統中實作 ，也可以通過主要終端外接的顯示螢幕顯示。

b.報警功能。報警功能是通過測溫主要終端的設定 ，按照現場管理需求 ，對溫度界限、絕對值等進行管理 ，在溫度超過設定值 ，進行預警 ，預警的方式包括主要終端蜂鳴預警、訓示燈閃爍預警和短資訊預警等。

c.裝置參數設定。裝置參數的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發射和接受信号的頻率設定以及系統時間等功能。

綜合分析。綜合分析功能是對裝置的溫度進行故障分析、曆史趨勢分析以及資料進行統計應用等進階應用功能，專家系統将為管理者提供裝置故障分析結果， 供參考和輔助決策。

遠端維護。系統的遠端維護功能是對系統的故障資料分析統計結果的基礎上 ，實作的遠端運作維護 ， 可以對裝置的初始化、重新開機以及系統更新等。

2.7 通信方式

溫度采集器：通過無線方式采集開關櫃内一組傳感器的溫度資料，其安裝位置沒有特别的要求，以友善取電、走線為原則，如開關櫃的儀表室。

測溫主要終端：安裝在變電站主要室或其他友善與采集器進行通信的場所 ，提供所有站内溫度采集裝置與本地主站系統或遠端監控系統的統一的通信接口及協定轉換。

站内各溫度采集器、測溫主要終端均配置無線通信子產品 ，它們通過無線通信信道進行資料交換，變電站内無需布線。

3 安科瑞無線測溫系統介紹

安科瑞無線測溫監控系統是根據目前無線測溫系統的要求，在廣泛征求使用者和專家意見的基礎上,充分吸收目前國内外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款專業的無線測溫軟體。

3.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的裝置直接進行通信（如圖1），系統設計遵循國際标準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和使用者管理功能。可以監控無線測溫系統的裝置運作狀況，實作快速報警響應，預防嚴重故障發生。

Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，硬體相容性強，軟體移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，友善的擴充手段。其軟體系統的設計依據軟體工程的設計規範,子產品劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主要子產品、人機界面、圖形組态、資料庫管理系統、通信管理等幾大子產品。

圖1 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖

3.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能

■實時監測

Acrel-2000T無線測溫監控軟體人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直覺顯示各測溫節點的溫度資料及有關故障、告警等信

■溫度查詢

溫度曆史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運作報表

查詢各回路裝置運作溫度報表.

■實時報警

壁挂式無線測溫監控裝置具有實時報警功能，裝置能夠對溫度越限等事件發出告警。

■裝置提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚視窗.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.

C.短信吿警，可以向指定手機号碼發送吿警資訊短信（需選配短信貓）.

■曆史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，友善使用者對系統和告警等事件進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

■使用者權限管理

Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運作，設定了使用者權限管理功能。通過使用者權限管理能夠防止未經授權的操作（如資料庫修改等）。可以定義不同級别使用者的 登入名、密碼及操作權限，為系統運作、維護、管理提供可靠的安全保障。

■定值設定

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況資訊， 裝置溫度、通信狀态，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況資訊，可通過實時監控、變壓器、通信子產品切換到需要檢視的界面。

實時資料曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線資訊。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信号量等資訊（信号量 需要斷路器提供輔助觸點支援）。

能耗統計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環比，用電排名。

運維管理\通信狀态顯示監測接入系統裝置的通信狀态。

■手機APP（可選）

裝置資料員面顯示各裝置的電參量資料、溫 度資料以及曲線。

3.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端産品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，将測溫資料通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統（如圖2）。

圖2 電氣接點線上測溫結構圖

3.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分别對應螺栓固定、表帶固定、紮帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝友善的因素，選擇相比對的傳感器。

物料名稱	型号	參數說明
電池型無線測溫傳感器	ATE100	電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空曠距離10米； 102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(長*寬*高，孔徑)。
ATE200	電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃； 2.4GHz，空曠距離10米； 44.17*30*18.5mm，L=325.40mm(長*寬*高，三色表帶)。
ATE300B	電池供電，壽命≥5年；-10℃~+125℃； 470MHz，空曠距離150米； 49.95*35.95*22mm(長*寬*高)。
CT取電型無線測溫傳感器	ATE300	CT感應取電，啟動電流≥5A；-10℃~+125℃； 470MHz，空曠距離150米； 紮帶固定，合金片取電；73*33.5*16mm(長*寬*高)。
ATE400	CT感應取電，啟動電流≥5A；-50℃~125℃； 433MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。

3.3.2 安科瑞無線收發器

無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度資料。收發器根據不同的傳感器型号進行比對，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多櫃接收。

物料名稱	型号	參數說明
無線收發器	ATC200	可接收12個ATE100/200
ATC400	可接收240個ATE300/ATE300B
ATC450-C	可接收240個ATE400

3.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接配接收發器，可嵌入式安裝于櫃體上，若櫃體開孔不便，也可選擇壁挂式安裝于配電室内。友善操作人員現場及時檢視電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在背景系統檢視現場情況。

物料名稱	型号	參數說明
顯示終端	ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協定； 接收多達60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
顯示終端	ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協定； 接收多達12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
顯示終端	ATP007 ATP010	面框226.5*163*6mm，深度70mm；開孔215*152mm； DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。
無線測溫集中集中采集裝置	Acrel-2000T/A	壁挂式安裝 标配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 櫃體尺寸480*420*200 （機關mm）
無線測溫監控裝置	Acrel-2000T/B	硬體：記憶體4G，硬碟128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 作業系統：Windows7 資料庫系統：Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平台/APP伺服器 櫃體尺寸為480*420*200（機關mm)

4 結論

無線溫度傳感裝置及配套管理系統 ，溫度測量傳感器無需供電 ，進而減少了日常檢測維護成本。該配套管理系統提供溫度異常告警、實時裝置溫度采集、日常溫度監測、裝置狀态評估等功能 ，避免重大因溫度導緻的故障的發生。系統的研究和實施産生了良好的經濟效益和社會效益 ，具有一定的推廣前景。

【參考文獻】

[1] 楊楷，李志剛，景玉鵬．聲表面波氣體傳感器的研究進展[J].電子元件與材料，2009，27(9)：26-30.

[2] 曾強.無源供電無線測溫線上監測系統研究應用

[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊 2019.11版