无源无线温度监测

发电厂、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致事故发生。近年来，在电厂和变电站已发生多起开关过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段

当前电力系统中所采用的温度在线监测系统按传感器与采集器之间联系方式分为有线和无线，有线式安装、维护都不方便，所以现在基本都是采用无线方式。从传感器取电方式上划分，传感器采用的原理有以下几种：

a）电池取电；

b）感应取电；

c）CT取电；

d）无源声表面波取电；

e）无源超高频RFID取电；

这几种取电方式优缺点对比如表1所示。

表1

性能指标	无源射频	声表面波	CT取电	感应取电	电池取电
带ID寻址	√	×	√	√	√
无安全隐患	√	√	×	×	×
免电池	√	√	√	√	×
免于维护	√	×	×	×	×
抗干扰性	√	×	√	√	√
安装施工方便	√	×	×	×	×
不停电调试	√	√	×	×	√

鉴于以上分析，我公司自主研发了基于无源射频技术的无源无线温度监测系统，可在高压环境下精确测量温度，准确有效地实现了实时监控。

2 总体方案

本设计方案采用无线通讯方式。

柜内无线通讯：传感器采用无源超高频RFID取电方式，减少高低压之间的电气联系，采用全数字式工作，传感器附着在发热点上（高压母线或高压开关），长期工作在高压环境中，数据采集器可多柜共用。

站内无线通讯：转换器在433MHz频段上实现和多个数据采集器的无线通讯，多个采集器分布在转换器的周围，在有效的通讯范围内可以随意添加、删除、移动采集器。转换器通过232输出端口把数据发送至就地显示器。

远程无线通讯：转换器汇集站内的温度采集数据，通过远程（GPRS/CDMA）无线网络传输，把站内温度数据传送至控制中心的计算机，由计算机的后台软件进行处理。后台软件实时监控每个点温度的变化，实现足不出户掌握整个高压系统的发热状况，进而做出正确的决策。

具体方案如图1所示。

图1 总体方案图

3 系统组成

3.1 无源射频温度传感器

传感器采用无源超高频RFID取电方式，具有测温范围宽、精度高、体积小巧、免维护、可寻址、调试施工方便等特点。

技术特性：

a）无源传感器：工业级RFID打造实效温度感测功能，稳定可靠，免维护，免电池，无需CT\感应取电，其工作能量取自射频无线信号场。

b）适用于环网柜电缆头测温、断路器开关触头测温、高低压母排测温、隔离开关铜排测温、电容器接头测温、变压器接头测温。

c）数字技术：传感器带独立数据ID可寻址，温度数据信号传输由数字化通讯协议模式实现，数字校验编码杜绝干扰。

技术参数如表2所示。

表2

工作温度范围	-40~+85°C，高温报警可达+145°C
传感器体积小	25.4 mm x 9.1 mm x 3.2mm，适合安装在开关柜内不同位置，对现有设备影响小
工作频率	902MHz~928MHz，免申请
识别距离	6m
测温精度	单点校准为：±2°C，两点校准为：±1°C

3.2 AEC-100B 温度数据采集器

采集器向传感器在指定时间内不间断发送射频信号，实现对传感器的远距离读取，具有高识别率和快速读写处理能力。采集器外形尺寸如图2所示。技术参数如表3所示。

EMBED AutoCAD.Drawing.17

图2 采集器外形尺寸图

表3

工作频率范围	902~928MHz（可以按传感器灵敏度要求调整）
射频输出功率	30dBm（可调，0.5dBm步进，根据传感器接收灵敏度调整）
天线数量	4路MCX天线接口
串行接口	支持一路RS485串行通讯接口（与通讯管理机或就地显示器相连）
工作温度	-40~+80°C
工作湿度	5%~95%
工作电源	AC 220V/15W

3.3 AEC-100A 无线数据转发器

转换器在433MHz频段上实现和多个数据采集器的无线通讯，汇集站内的温度采集数据，通过远程（GPRS/CDMA）无线网络传输，把站内温度数据传送到控制中心的计算机，由计算机的后台软件进行处理。转换器通过232输出端口把数据发送至就地显示器。转换器外形尺寸如图3所示。技术参数如表4所示。

EMBED AutoCAD.Drawing.17

图3 转换器外形尺寸图

表4

电气参数
发射功率	1dbm~17dbm（可调）
发射电流	33mA(+10dbm);60mA(+17dbm)
接收电流	19mA
休眠电流	2.5uA
深度休眠电流	60nA（唤醒时间120us）
射频特性
工作频率	免费ISM频段（硬件支持240~930MHz）
信道	64信道
工作模式	跳频与固定频率（软件配置）
调制方式	GFSK
无线传输速率	2.4Kbps~256Kbps（软件配置）
接收灵敏度	-118dbm@2.4Kbps; -115dbm@9.6Kbps; -110dbm@20Kbps; -100dbm@256Kbps
通信距离（空旷）	10dbm，9.6Kbps，3dbi天线：1000米 17dbm，9.6Kbps，3dbi天线：1000米
串口速率（Kbit/s）	2.4，4.8，9.6，14.4，38.4，57.6，115.2（可软件配置，默认9.6Kbit/s）
网络结构	星形网，树型网，点对点，MESH
网络深度	8级
其他参数
工作温度	-40℃~+85℃

3.4 就地显示器

就地显示器采用7＂TFT触摸屏，内装嵌入式组态软件，可根据具体的现场灵活设置显示模式。嵌入式组态软件，包含报表、曲线、动画、报警等功能，支持多样报表显示形式，支持实时、历史、计划等多种曲线形式；内置看门狗，可在各种恶劣环境下长期稳定运行。技术参数如表5所示。

表5

液晶屏	7＂TFT
背光灯	LED
显示颜色	65535真彩
分辨率	800x480
显示亮度	200cd/m2
触摸屏	电阻式
工作温度	0°~45°C
工作湿度	5%~95%
防护等级	IP65(前面板)
电磁兼容	工业三级