趙娜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：電氣設(shè)備在承載大電流或是開關(guān)接觸電阻過大時(shí)，常引起溫度過高，在未得到及時(shí)處理的情況下將導(dǎo)致設(shè)備損壞，甚至發(fā)生火災(zāi)等惡性事故，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。為了盡可能避免此類安全事故的發(fā)生，研究了基于RFID體化技術(shù)的斷路器無線無源在線測溫系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，對電氣設(shè)備易出現(xiàn)溫升故障部位的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)追蹤監(jiān)測，以防止、杜絕此類事故的發(fā)生，為電力系統(tǒng)安全可靠性分析和科學(xué)調(diào)度提供重要的決策依據(jù)。本文詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的功能與應(yīng)用，并對有關(guān)問題進(jìn)行了討論。目，該系統(tǒng)已經(jīng)在華東某供電公司投入應(yīng)用，運(yùn)行情況良好，體現(xiàn)了該系統(tǒng)的實(shí)用性和可推廣性。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；RFID；無線無源測溫；故障

1概述

隨著電網(wǎng)建設(shè)的高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對用電的安全性、可靠性要求也越來越高。溫度對于電力系統(tǒng)而言是個(gè)很重要的參數(shù)。諸如電力系統(tǒng)高壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、高壓電纜頭、刀閘開關(guān)等重要設(shè)備，在長期運(yùn)行中可能出現(xiàn)老化，表面氧化、腐蝕，緊固螺栓松動等問題，加上電力設(shè)備長期高負(fù)荷運(yùn)行，容易引起溫度異常。如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，可能引起熔融、燃燒甚至爆炸等安全事故。為盡可能避免這類電力事故的發(fā)生，同時(shí)保證電力生產(chǎn)工作安全有序進(jìn)行，對于電力設(shè)備及電力電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)控很重要。

針對電力設(shè)備溫度監(jiān)測，目大都采用傳統(tǒng)的示法、紅外測溫法、光纖光柵測溫、電子元件測溫、聲表面波測溫的方式，但都存在許多現(xiàn)實(shí)的問題，如需要人工測量、傳感器有源有線、信號傳輸不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)電力生產(chǎn)高效以及電力運(yùn)行安全性、可靠性的要求，迫切地需要尋找在線監(jiān)測技術(shù)手段，對電力設(shè)備運(yùn)行溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備運(yùn)行溫度異常狀況，避免電力設(shè)備損壞和電力事故的發(fā)生。

在考慮到上述問題的提下，對基于RFID體化技術(shù)的無線無源在線測溫系統(tǒng)進(jìn)行了研究。系統(tǒng)采用無源RFID技術(shù)，結(jié)合4G移動傳輸技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)等，通過對開關(guān)柜設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如動靜觸頭）溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在大數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上進(jìn)行安全預(yù)警，為運(yùn)行管理人員和決策管理層提供直接的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)與組成

基于RFID體化技術(shù)的無線無源在線測溫系統(tǒng)是通過無源傳感技術(shù)，RFID技術(shù)，結(jié)合低功耗技術(shù)，無線供電傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、4G移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)建了個(gè)功能完善、信息通訊安全、伸縮擴(kuò)展靈活的在線測溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

（1）硬件組成：RFID無線無源測溫標(biāo)簽、射頻天線、電

力讀寫器、數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）。

（2）軟件組成：測溫軟件平臺、云服務(wù)程序。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

（1）設(shè)計(jì)出種無線無源溫度傳感器，將RFID通信與測溫體化設(shè)計(jì)，無需外掛測溫組件，具備專有的ID，超低功耗成就遠(yuǎn)距讀取。結(jié)合低功耗技術(shù)、無線供電傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了免電池、免CT、數(shù)字測量、數(shù)字傳輸?shù)臒o源無線測溫。排除了電池隱患，也解決了聲表面波（SAW）測溫易受干擾，易錯(cuò)讀的弱點(diǎn)。

（2）無源無線測溫原理及數(shù)據(jù)通信。溫度收集器利用天線發(fā)射射頻電波，射頻電波方面激活傳感器工作，同時(shí)也傳送測溫命令。傳感器在激活后啟動測溫電路，并將測溫結(jié)果發(fā)送給收集器，整個(gè)過程都是數(shù)字協(xié)議通信，數(shù)字傳輸，并帶CRC檢查碼糾錯(cuò)，通信穩(wěn)定可靠。見圖2所示。

圖2 無源無線測溫原理示意圖

（3）個(gè)基本的 UHF RFID 系統(tǒng)包括了閱讀器（Reader），傳感器（Tag）和天線（Antenna）。傳感器由集成電路芯片（Microchip）和天線（Antenna）組成。芯片內(nèi)存儲了傳感器所附著對象的數(shù)據(jù)信息，其內(nèi)部并沒有電池等能量供應(yīng)源，需要從閱讀器發(fā)射的電磁波中產(chǎn)生感應(yīng)電流提取電路工作所需的能量。閱讀器通過讀取器天線發(fā)射連續(xù)波（CW continuous wave）信號給標(biāo)簽，為標(biāo)簽提供能量來激活標(biāo)簽的芯片工作，并向標(biāo)簽發(fā)射命令信號。傳感器和閱讀器之間通過空中接口18000-6c 協(xié)議進(jìn)行載波的調(diào)制和解調(diào)來進(jìn)行通信。閱讀器對載波進(jìn)行解調(diào)解碼得到標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)了無源傳感器無線數(shù)據(jù)通信。如圖3所示。

圖3 無源傳感器無線數(shù)據(jù)通信示意圖

（4）技術(shù)勢對比表，見表1。

表1 技術(shù)勢對比表

4 在電力開關(guān)柜中的應(yīng)用

（1）將 RFID 通信與測溫體化傳感器安裝在10 kV 中置型開關(guān)柜的小車觸頭上 ；安裝方式類似于橡皮套方式，安裝方便，無需取電（見圖4）。

圖4 傳感器安裝在開關(guān)柜的小車觸頭

（2）在開關(guān)柜內(nèi)面板上安裝天線。安裝方式為吸附方式。

（3）在柜體外安裝采集器，并與天線通過射頻線進(jìn)行連接（見圖5）

（4）采集器與數(shù)據(jù)終端（DTU）或者工作站相連接。

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的款無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖5），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖5 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運(yùn)行報(bào)表

查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

■實(shí)時(shí)報(bào)警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告式：

a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)*的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

■定值設(shè)置

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(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統(tǒng)計(jì)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(huán)比，用電。

運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機(jī)APP（可選）

設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)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(fā)熱接點(diǎn)，將測溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)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(tǒng)（如圖6）。

圖6 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖

5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

5.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

 作者簡介：趙娜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電