声表面波测温装置在开关柜中的应用贾洋

声表面波测温装置在开关柜中的应用贾洋

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力行业的发展也越来越迅速。开关

柜是电力系统中广泛应用的电气设备，开关柜安全稳定工作是保障线路投切运行、可靠供电的前提．在长期带负荷运行条件下，开关柜内部的开合结构会出现氧化

磨损，导致断路器触头老化和母线接头松动，引起接触电阻增大，尤其是当开关

柜运行的大电流作用在这些节点时，会引起设备温度超标，甚至烧毁开关柜．因此，对高压开关柜中关键节点进行温度监测，对整个电力系统的安全运行具有非

常重要的意义．目前，国内外在开关柜测温领域较为常用的方法有红外测温、光

纤测温、无线有源测温和声表面波测温．红外测温是目前国家电网公司最普遍的

测温方法，需要运行作业人员手持红外测温设备测量，测量精度不高，被遮挡部

分可能无法直接测量关键点的温度，不具有在线监测功能;光纤测温设备造价高，

易折损，不耐高温，安装还需增加布线;无线有源测温方法需要对无线传感器用干

电池或者CT进行供能，而干电池寿命有限，需要定期更换。声表面波

SAW(surfaceacousticwave)测温法是一种无需电池供电亦无需感应取电的完全被动

式的测温方式，具有安装调试方便、不受电弧或闪络问题影响、无需更换或维护

供电电源、耐高温、抗污能力强等优点。开关柜内部结构复杂，而且其工作环境

受强磁、强电干扰严重，开关柜的温度监测面临监测节点众多、电磁干扰严重、

布线困难、工作环境温度较高等难题．鉴于此，本文拟研究开发一套基于SAW

测温原理的开关柜温度在线监测系统:通过改进与传感器相匹配的收发天线的形状

和类型，提高系统的抗干扰能力，实现无需布线即可同时监测多个节点温度的目的．

关键词：声表面波；测温装置；开关柜；应用

引言

温度是表征电力一次设备运行正常的一个重要参数。随着用电量的急剧增长，为了满足用电需求，导致变电站的开关柜等高压设备长期运行在极限状态，过负

荷运行会导致一次设备的发热及过热，这一现象在负荷增长较快的地区显得尤为

普遍。这些情况如不及时得到监控，及时处理，都将发生不可预测的大事故。通

过对开关柜温度的实时监测，即可知道开关柜运行工况，通过电网信息资源整合，就可为状态检修提供强有力的依据。

1测温装置的分类及现状

1.1红外测温

红外测温是一种非接触的测温方式，其主要的工作原理就是黑体辐射定律。

该技术主要是通过红外线光束照射的方式，对于被测物体进行温度测量。在电力

领域中，开关柜是非常重要的组成结构部分，因为内部结构组成比较复杂，光束

也会被其他的元器件所遮挡，不会直接照射到被测的接点表面上，也就不能准确

的确定被测物体的温度参数，即使出现错误后也不能有效的进行温度校正，通用

性比较差，并且传感器与采集装置之间应该设置导线联结，该结构在正常工作的

过程中容易受到电磁干扰的影响。在早期的开关柜中，这种方式应用比较普遍，

而这种测温方式并不应用到金属全封闭开关柜中，效果和质量都比较差。

1.2无线测温

开关柜中应用的无线测温系统主要包括显示仪、传感器、后台管理等多个部分，可以在多种使用条件下进行开关柜的温度检测，并且进行全面的监测，使得

管理人员能够及时准确的掌握系统的温度情况，掌握设备运行状态。在进行测温

处理之后，可以将温度参数以无线的形式直接传输该测温通信的终端系统。这种

方式的主要特点就是安全性高、准确性高且可以灵活操作，并且能耗比较低，成

本非常高，能够使用到多种环境中。将系统的分散式温度传感器直接安装到测温

点的结构上，无线测温装置会直接安装到开关柜上，然后通过无线通信的方式，

有效的隔离高电压涌入，确保应用更加的安全和稳定。但是该系统也存在明显缺陷，那就是温度传感器需要合理的设置独立电源装置，要应用电池进行供电，后

期维护管理成本比较高，而传感器的安装也是不同的，所以当前主要应用到高压

开关柜的测温。

1.3光纤测温

科学技术高速发展的背景之下，光纤测温技术也逐步的发展，因为该技术具

备非常高的水平和优势所以被大量的应用到实践中，极大的促进了当前电力领域

的发展。光纤测温具备较高的绝缘性，也不会说到电力系统的强磁场干扰影响，

测温探头的体积比较小，能够在空间比较小的区域内完成测温，耐高温、数据精

确度高等是其主要优势。该技术可以应用到测量位置上，也不会给开关柜的性能

产生直接的影响，技术相对比较成熟。因为光纤测温技术具备其他测温装置所不

能企及的优势，所以被大量的应用，尤其是高温开关柜中，而该技术的缺陷则是

成本比较高。

2实时测温系统的具体运行

2.1SAW温度传感器

SAW温度传感器是实现温度监测的主要组件，它由压电材料（一般为铌酸锂

材料）、反射栅、叉指换能器等组成。它是单端口谐振型结构，属于高品质因数、低插入损耗和稳定频率的设备。温度传感器直接安装于高压开关柜体内部并与需

要测温的隔离触头、母排连接等部位相连。以获得其表面温度的准确信号。SAW

温度传感器通过无线射频信号与数据阅读其完成数据交互和信号转化。根据高压

开关柜的监测需求，每个测温系统应配置6个温度传感器，分别监测上下两室。

根据数据分析规律来看，温度传感器所返回的频率值ft与实测温度值Tt呈线性

关系。目前来讲温度传感器的测温范围可达到-25℃±125℃的范围。温度差异不超过2℃。与阅读器的互为感应距离为2~5米。

2.2数据阅读器

数据阅读器向传感器发出问询信号，形成温度监测工作流。基于温度传感器

的单端口谐振结构，数据阅读器的信号发出与接收均通过射频信号来完成，工作时，阅读器的射频芯片按照一定的时序，按照2Mhz的增长规格，分别向6个SAW温度传感器发出430Mhz~440Mhz的问询信号，传感器针对不同频率的信号

进行应答，从而实现射频信号分组，并判断发出射频信号的测点。为了满足测点

问询的需求，采取双芯片的结构来对信号进行处理，并自带A/D信号转换模块，

实现模拟信号向数字信号的转换。这样单独的数据阅读器就可以满足6个温度传

感器的数据分析需求。数据阅读器的信号读取速度可达到10ms/次。数据阅读器

通过内置的基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议的短距离无线通讯技术ZigBee模块来实现与数据传输路由器的通讯。

2.3数据传输路由器

数据传输路由器对数据阅读器的温测数据进行管理，并可以与多个阅读器构

成ZigBee块节点的通讯网状结构，该路由节点方式自愈能力强，可实现自由组网。免除了单一节点损坏而造成的连锁通讯影响。数据传输路由器向上与监控主站相连，按照10M/100M的自适应网络接口接入变电监测主系统。