趙娜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：電氣設備在承載大電流或是開關接觸電阻過大時，常引起溫度過高，在未得到及時處理的情況下將導致設備損壞，甚至發(fā)生火災等惡性事故，從而造成重大經濟損失。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)，對電氣設備易出現溫升故障部位的運行狀態(tài)進行動態(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調度提供重要的決策依據。本文詳細介紹了系統(tǒng)的功能與應用，并對有關問題進行了討論。目，該系統(tǒng)已經在華東某供電公司投入應用，運行情況良好，體現了該系統(tǒng)的實用性和可推廣性。

關鍵詞：電氣設備；RFID；無線無源測溫；故障

1概述

隨著電網建設的高速發(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)而言是個很重要的參數。諸如電力系統(tǒng)高壓開關柜、環(huán)網柜、高壓電纜頭、刀閘開關等重要設備，在長期運行中可能出現老化，表面氧化、腐蝕，緊固螺栓松動等問題，加上電力設備長期高負荷運行，容易引起溫度異常。如不及時發(fā)現處理，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，同時保證電力生產工作安全有序進行，對于電力設備及電力電纜的實時監(jiān)控很重要。

針對電力設備溫度監(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，但都存在許多現實的問題，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。因此，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法已經無法滿足當電力生產高效以及電力運行安全性、可靠性的要求，迫切地需要尋找在線監(jiān)測技術手段，對電力設備運行溫度進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現電力設備運行溫度異常狀況，避免電力設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體化技術的無線無源在線測溫系統(tǒng)進行了研究。系統(tǒng)采用無源RFID技術，結合4G移動傳輸技術，物聯網環(huán)境監(jiān)測技術等，通過對開關柜設備關鍵節(jié)點（如動靜觸頭）溫度進行實時記錄，實現電力設備溫度的實時監(jiān)控，并在大數據分析基礎上進行安全預警，為運行管理人員和決策管理層提供直接的數據依據。

2 系統(tǒng)架構與組成

基于RFID體化技術的無線無源在線測溫系統(tǒng)是通過無源傳感技術，RFID技術，結合低功耗技術，無線供電傳感技術、計算機網絡技術、4G移動數據通信技術等，構建了個功能完善、信息通訊安全、伸縮擴展靈活的在線測溫系統(tǒng)，實現電氣設備溫度的實時監(jiān)測。系統(tǒng)架構如圖1所示。

（1）硬件組成：RFID無線無源測溫標簽、射頻天線、電

力讀寫器、數據傳輸終端（DTU）。

（2）軟件組成：測溫軟件平臺、云服務程序。

圖1 系統(tǒng)架構示意圖

3 技術實現

（1）設計出種無線無源溫度傳感器，將RFID通信與測溫體化設計，無需外掛測溫組件，具備專有的ID，超低功耗成就遠距讀取。結合低功耗技術、無線供電傳感技術，實現了免電池、免CT、數字測量、數字傳輸的無源無線測溫。排除了電池隱患，也解決了聲表面波（SAW）測溫易受干擾，易錯讀的弱點。

（2）無源無線測溫原理及數據通信。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，并將測溫結果發(fā)送給收集器，整個過程都是數字協(xié)議通信，數字傳輸，并帶CRC檢查碼糾錯，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。芯片內存儲了傳感器所附著對象的數據信息，其內部并沒有電池等能量供應源，需要從閱讀器發(fā)射的電磁波中產生感應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）信號給標簽，為標簽提供能量來激活標簽的芯片工作，并向標簽發(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)議進行載波的調制和解調來進行通信。閱讀器對載波進行解調解碼得到標簽數據信息，從而實現了無源傳感器無線數據通信。如圖3所示。

圖3 無源傳感器無線數據通信示意圖

（4）技術勢對比表，見表1。

表1 技術勢對比表

4 在電力開關柜中的應用

（1）將 RFID 通信與測溫體化傳感器安裝在10 kV 中置型開關柜的小車觸頭上 ；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 傳感器安裝在開關柜的小車觸頭

（2）在開關柜內面板上安裝天線。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行連接（見圖5）

（4）采集器與數據終端（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)是根據當無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當內外廠家的成功案例，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、通信技術而設計的款無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖5），系統(tǒng)設計遵循標準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、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖5 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構圖

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數據及有關故障、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）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設備提供以下凡種告式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經*的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設置

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

實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過次圖實時反映電氣參數變化，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支持）。

能耗統(tǒng)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(huán)比，用電。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(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，將測溫數據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(tǒng)（如圖6）。

圖6 電氣接點在線測溫結構圖

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據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時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。方便操作人員現場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現場情況。

 作者簡介：趙娜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電