張偉

摘 要 各大電廠對高科技的應(yīng)用程序隨著科技發(fā)展水平的提升正在逐漸加深。高壓開關(guān)柜作為當(dāng)前各大變電站和發(fā)電廠中，保證電力系統(tǒng)運行安全性、可靠性的重要設(shè)備。本文特以高壓開關(guān)柜為立足點，通過對無源無線溫度檢測系統(tǒng)的簡單分析，從而就該系統(tǒng)的具體設(shè)計方案展開研究，以期可以為提高該檢測系統(tǒng)的水平奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高壓開關(guān)柜 無源無線 溫度監(jiān)測系統(tǒng)

高壓開關(guān)柜是各大變電站和發(fā)電廠中為了保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的一種重要的電氣設(shè)備。隨著開關(guān)柜使用時間的增加，會導(dǎo)致設(shè)備本身接觸電阻增加或者是導(dǎo)體、觸頭接觸不良的情況，若不對其進行有效處理，則會帶來嚴(yán)重的安全事故。因此，實時監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)部接頭的溫度及時發(fā)現(xiàn)和解決相應(yīng)的安全隱患勢在必行。

1 溫度監(jiān)測系統(tǒng)基本架構(gòu)

1.1 監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理

聲表面波（SAW）傳感器為傳統(tǒng)的接觸測溫模式，可以感知柜內(nèi)易升溫測溫點上的溫度變化。其中，無源傳感器是以無線電波的方式，接收和發(fā)送天線板上發(fā)射出的間歇性特高頻信號。使工作人員可以借助無線測溫讀取器設(shè)備上的通訊接口，在同CAN總線連接后，上傳到監(jiān)測總站內(nèi)部的監(jiān)測服務(wù)器之上。由監(jiān)測服務(wù)器來完成存儲、分析、整理、記錄和溫度數(shù)據(jù)，在發(fā)現(xiàn)溫度超過最大限度時，提出警示，以此來實現(xiàn)對多個高壓開關(guān)柜溫度的實時監(jiān)測。一般情況下，監(jiān)測服務(wù)器主要是借助網(wǎng)絡(luò)通信接口同電力系統(tǒng)內(nèi)部的局域網(wǎng)連接起來，對多個監(jiān)測站內(nèi)部的開關(guān)柜進行聯(lián)往檢測，提升監(jiān)測系統(tǒng)的整體工作效率。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)的基本功能

溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要具備以下幾項功能：

1.2.1 實時顯示柜內(nèi)溫度

每一臺高壓開關(guān)柜都會有對應(yīng)監(jiān)測的無線測溫讀取器，且每臺開關(guān)柜可以同時連接多個讀取器，設(shè)置較多的測溫點，將實時溫度值在監(jiān)測服務(wù)器和無線測溫讀取器上顯示出來。

1.2.2 自動報警

當(dāng)測溫點實時溫度超過設(shè)定的安全限定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警和報警信號，提醒工作人員。

1.2.3 存儲、查詢和分析溫度數(shù)據(jù)

同測溫點有關(guān)的溫度數(shù)據(jù)，會定期被存入到監(jiān)測服務(wù)器內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，工作人員可以通過查閱將某一時間節(jié)點的歷史新數(shù)據(jù)，繪制出測溫點的溫度變化曲線，從而了解開關(guān)柜的具體運行狀態(tài)。

1.2.4 系統(tǒng)拓展

無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)使用的是標(biāo)準(zhǔn)化的總線連接形式，此種連接方式可以極大的拓展系統(tǒng)內(nèi)部高壓開關(guān)柜設(shè)備的安裝數(shù)量。

2 溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 無源溫度傳感器設(shè)計

在眾多的無源傳感器中，SAW傳感器是以溫度變化導(dǎo)致聲表面波的相關(guān)器件固有的諧振頻率變化，達到測量電氣設(shè)備實時溫度的目的。聲表面波的諧振器時SAW無源無線溫度傳感器的核心部件，其主要被分為諧振型與延遲線型兩大種類。在無源穩(wěn)固的傳感器中，壓電材料基片上表面的中央位置制備了一對叉指換能器元件，在兩個分別以周期性的排列方式，配置了兩組擁有多條反射柵陣列，使其能夠構(gòu)成法布里·珀羅諧振腔，而叉指換能器元件的使用，既可以完成數(shù)據(jù)的輸入，還可以完成輸出，而當(dāng)帶有射頻的電磁波被射入到叉指換能器之上時，電磁波就會隨之在壓電基片表面上形成所謂的聲表面波，之后，再經(jīng)過反射柵的作用，在叉指換能器上被反射出來，被轉(zhuǎn)換成電磁波，從而形成射頻反射波。一般情況下，諧振器上固有的諧振頻率，是由聲表面波實際傳播速速和叉指換能器元件的幾何尺寸來決定的。當(dāng)器件本身的溫度出現(xiàn)變化時，就會導(dǎo)致固有諧振頻率出現(xiàn)變化。因此，相關(guān)人員可以通過選擇適合的叉指換能器，壓電基片切向和晶體材料等，才可以保證溫度系統(tǒng)高階項接近零，保證溫度和固有的諧振頻率處于近似的線性關(guān)系，確保只有能夠得到固有的諧振頻率，便能夠確定器件在各個時段的溫度。此外，入射波采用的主要是間歇性的電磁波，在入射波已經(jīng)消失之后，與之相應(yīng)的反射波幅度就會衰減，形成振蕩信號，在振蕩信號中心，其頻率就是諧振器固有的諧振頻率。由此可以推斷出，相關(guān)恩怨只需要了解反射波頻率，就可以確定器件運行期間的實時溫度。這也是SAW諧振器能夠成為無源溫度傳感器，達到無源無線測溫目標(biāo)的重要原因。

2.2 無線測溫讀取器設(shè)計

在溫度監(jiān)測系統(tǒng)中，無線測溫讀取器是由射頻收發(fā)器模塊、DSP控制處理模塊、存儲器芯片、鍵盤、LCD顯示模塊、溫度越限報警電路等幾大模塊所組成。其中，DSP控制處理模塊除了要負責(zé)對射頻信號發(fā)射器在運行期間產(chǎn)生的電磁波進行控制，對電磁波進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，使其可以變成間歇性電磁波，而后再由天線發(fā)射而出。當(dāng)無源溫度傳感器接收到反射波之后，要經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，將其送入到DSP模塊內(nèi)部，完成變換和采樣工作，最后在借助DSP模塊處理相應(yīng)的信號，以此來獲取到相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在溫度檢測系統(tǒng)中，軟件設(shè)計工作主要包括主程序、初始化程序，以及測量、顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)通信等子程序。在對系統(tǒng)軟件進行設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)使用CCS3.0作為主要的變成開發(fā)工具，利用C語言，通過匯編語言和混合編寫的方式，編制出相應(yīng)的軟件程序。當(dāng)系統(tǒng)軟件上電之后，就可以開始執(zhí)行初始化程序，完成對通信接口和DDS芯片、DSP和時鐘模式、LCD顯示等進行初始化的操作。之后，軟件中的主程序開始循環(huán)執(zhí)行按鍵和掃描操作，在有案件操作時，參數(shù)設(shè)置子程序開始執(zhí)行操作，完成設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)的工作，而后在執(zhí)行測量自程序。軟件系統(tǒng)中的DSP定時器，會產(chǎn)生控制信號，對射頻信號發(fā)射和接收進行有效控制，對接收到的信號進行采樣存儲，并按照事先設(shè)定的算法，計算出開關(guān)柜在現(xiàn)階段測量出的溫度。當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部測溫點的溫度超過了限定值時，就會發(fā)出聲光報警，并調(diào)用各個子程序上顯示出的每個測溫點溫度，將從通信子程序上調(diào)用出的測量結(jié)果上傳到監(jiān)測服務(wù)器上，對所有的測溫點進行統(tǒng)一實時監(jiān)測。

3 總結(jié)

總而言之，同其他的無源無線溫度檢測手段相比，SAW監(jiān)測系統(tǒng)對高壓開關(guān)柜實時檢測更加簡便。而無源溫度傳感器的應(yīng)用，有效解決溫度傳感供電困難的問題；無線測溫傳感器的使用，則極大的解決了高低電壓隔離困難的問題。但因為SAW無源無線監(jiān)測系統(tǒng)在使用時，其本身具有溫頻特點，在抗干擾能力上有待完善。

參考文獻

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