声表面波无线无源温度监测系统

摘 要：介绍了一种声表面波无线无源温度监测系统，并和其它测温方案进行比较，它具有安装简单、安全可靠、连续监测等特点，对电网系统中的设备触点具有实时在线温度监测功能。

关键词：声表面波；温度监测，无线无源

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）002009302

0 引言

近年来，我国快速的现代化发展对电网系统提出了越来越越高的要求，现代电力朝着高电压和大容量发展。在此背景下，对电网系统的安全运行提出了更高的要求。随着材料技术、微电子加工技术、信号处理技术等科学技术的飞速发展，使得在声表面波技术基础上研制出的具有体积小以及可靠性高等优点的声表面波器件在电力通讯领域得到了应用。

由于电网系统中的高压开关柜密闭运行，人工巡视无法实现，而它又是电网系统的核心部分之一，它的安全稳定运行非常重要。作为高压开关柜内的开关触头及母排连接节点更是重要隐患，当其中某个节点发生氧化腐蚀导致接触电阻增大，会使其局部温度升高，从而可能发生火灾等事故，给电网的运行带来无法预料的后果。对高压开关柜内的触头等位置进行在线温度监测可及时发现异常，从而可提前维护，避免事故发生或者减小损失，提高经济效益和社会效益。 声表面波器件体积小，因此由其研制出的温度传感器，适合不同的安装方式，无线信号传输不受高压开关柜内的结构影响，并且它无须供电，耐压高，高低压隔离，可免除高压击穿的危险，可实现连续不断的温度监测，使其结合计算机技术可以达到高压开关柜内的触头接触点温度在线监测，很好地解决了电网系统中高压开关柜触头接触点测量存在的问题。

1 无线无源温度监测系统

1.1 声表面波温度传感器无线测温原理

由温度采集器发射一定频率的电磁波信号，经由无线天线由声表面波温度传感器的叉指换能器接收转换成声表面波，再由器件反射器发射回叉指换能器，并重新转换为电磁波信号经由无线天线传回采集器。如果在声表面波温度传感器表面施加有温度参量的扰动，会引起声波速度的变化，从而引起接收端反射信号的频率或者相位发生相应的变化，实现对待测量的无线检测，声表面波无线测温工作原理见图1。

1.2 系统硬件结构

声表面波无线无源温度监测系统由温度传感器、温度采集器、测温主控制端组成，如图2所示。温度传感器是触点的温度感知元件，安装在被监测的触点处。温度采集器用于与一个或者多个温度传感器进行无线通讯以及进行数据的处理，它一般安装在被测温度传感器的低压侧，并通过CAN/RS485总线与站内测温主控终端进行通讯。测温主控终端用于将站内所有的温度传感器数据汇总，可通过网络继续与上一级监控单元通信。

1.3 温度监测系统

一个高压开关柜内安装有若干个温度传感器，温度传感器的主要功能为检测柜内被测触点的表面温度，温度采集器获得温度传感器传回的数据，进行分析和处理，然后实时输出温度数据，同时将数据传至测温主控终端。

在系统运行时，首先通过温度采集器得到各被测触点的表面温度，然后分别判断温度是否超过设定的报警和预警温度，如果超过报警温度，表明该触点温度越限，则在测温主控终端显示触点报警信息、弹出报警图标、蜂鸣器鸣叫、发出报警短信；如果超过预警温度，则在测温主控终端显示触点预警信息。温度检测系统工作流程见图3。

2 电网系统测温方案比较

由于电网系统温度监测的特殊性，通常情况被测触点很多，位置也千差万别。柜内的电磁干扰很强，都给柜内触点的温度监测带来一定的困难。目前电网系统中主要的温度监测方案有如下几种：

（1）有源无线测温。采用电池供电，利用温度敏感元件和无线通信技术相结合。这种方法无绝缘问题，测温精度比较高，缺点是电池寿命有限，尤其是在高温环境中，需要定期更换电池，不利于连续测温。

（2）红外测温。通过将被测目标的红外辐射能量转换为温度值，是一种非接触式测量，也无绝缘问题，缺点是需要定期巡检，在线测温成本比较高。

（3）光纤测温。利用光在光纤中传输产生的散射和光时域反射原理来获取空间温度分布信息，可在线测温，温度测量准确，缺点是存在光纤脏污引起的绝缘隐患。

（4）无线无源测温。通过声表面波技术，利用电磁波能量实现测温监控，无绝缘问题，温度测量准确，可连续在线测温，缺点是对安装要求比较高。

3 声表面波无线无源测温实例

声表面波无线无源温度监控系统应用实例如图4，将温度传感器固定到被测触点处，由采集器接收温度传感器传回的数据信息并进行相应的处理，转换为实测温度，然后通过RS485总线将数据上传至测温主控终端，并将采集温度数据保存到主控终端本地数据库中，作为历史数据方便用户查询使用。见图5中左边为有实时数据显示部分，右边为历史数据曲线部分。当系统测得某个被测触点温度超出用户设定的报警温度时，会在界面显示报警信息，同时蜂鸣器发出报警声音，并会发出短信通知用户排除故障，避免重大事故及经济损失。

4 结语

本文提出了一种基于声表面波无线无源温度监控方案。在电力系统中，如何测量密闭高压开关柜内各个监测点的温度，一直以来都被广泛关注。基于声表面波技术的无线无源测温技术，可为电网系统设备被测触点进行实时监测，对设备的安全运行无任何影响，目前已经成功应用到云南省一些电网系统的高压开关柜温度监测项目中。由于该技术无线无源的独特优点，今后可能会成为智能电网中温度测量的一种主流方案，随着声表面波技术的越来越完善，它必将为电网系统的安全运行提供更可靠的保障。

参考文献：

＼[1＼] 武以立，邓盛刚，王永德.声表面波原理及其在电子技术中的应用＼[M＼].北京：国防工业出版社，1983.

＼[2＼] 王生江.基于声表面波谐振器的无线测量系统＼[J＼].测控技术，1999（9）.

＼[3＼] 肖鸣三，宋道仁.声表面波基础＼[M＼].济南：山东科学技术出版社，1980.

＼[4＼] 李平，文玉梅，黄尚廉.声表面波无源无线温度传感系统研究＼[J＼].电子测量与仪器学报，2002（4）.