[發(fā)明專(zhuān)利]用于電力設(shè)備遠(yuǎn)距離無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)的傳感器及其系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410073765.8
• 申請(qǐng)日: 2014-03-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103868620A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡岳;韓韜;江秀臣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01K11/22
• 分類(lèi)號(hào): G01K11/22;G08C17/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體地，涉及電力設(shè)備遠(yuǎn)距離無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)的傳感器及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)眾多監(jiān)測(cè)量中，溫度是最為關(guān)鍵的檢測(cè)量之一。通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)，可及時(shí)準(zhǔn)確地了解電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與故障信息。監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行溫度，如變壓器的油溫，輸電線路（架空線及電力電纜）的導(dǎo)體溫度可推算其負(fù)載極限容量和設(shè)備老化程度，從而為電力設(shè)備動(dòng)態(tài)增容或維修更新提供依據(jù)。監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子、高壓開(kāi)關(guān)柜、母線接頭、室外刀閘開(kāi)關(guān)、斷路器觸頭、電容器、電抗器、高壓電纜、變壓器等處的溫度，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)在其出現(xiàn)異常情況或者故障時(shí)所伴隨的局部或整體的過(guò)熱或溫度分布相對(duì)異常，也可為故障分析提供歷史資料。

現(xiàn)有針對(duì)電力設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)主要有紅外測(cè)溫、有源無(wú)線測(cè)溫以及分布式光纖測(cè)溫等技術(shù)方案。紅外測(cè)溫受環(huán)境條件因素影響較大，方案造價(jià)也高；有源無(wú)線測(cè)溫方案，現(xiàn)在一般采取電池或是電流互感器（CT）取電后為測(cè)溫芯片供電，傳感距離非常遠(yuǎn)。但在高溫、超低溫、強(qiáng)電磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下，電池和電子元件的壽命都存在問(wèn)題。采取CT取電方式的有源傳感器，因CT取電的線圈有安裝位置要求，在線路故障狀態(tài)下也無(wú)法供電，其應(yīng)用同樣具有很大的局限性。光纖測(cè)溫屬于有線測(cè)溫方式，測(cè)量高電壓一次側(cè)的光纖或其護(hù)套存在對(duì)地絕緣性問(wèn)題。同時(shí)光纖具有易折，易斷的特性。另外光纖傳感器設(shè)備造價(jià)較高。

基于聲表面波（surface?acoustic?wave,簡(jiǎn)寫(xiě)為SAW）技術(shù)的無(wú)線溫度傳感器利用的是壓電材料，具有純無(wú)源、無(wú)線特性，無(wú)須考慮傳感器供電、高電壓絕緣、設(shè)備旋轉(zhuǎn)等問(wèn)題；可耐受高溫和低溫（～-200～1000℃）；其不牽涉半導(dǎo)體材料中電子的遷移過(guò)程，壽命長(zhǎng)、抗放電沖擊和抗電場(chǎng)、磁場(chǎng)等干擾能力強(qiáng)；傳感器尺寸小（厘米級(jí)），重量輕，易于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝。由此可見(jiàn)，SAW無(wú)線傳感技術(shù)為電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)具有廣闊應(yīng)用前景的理想技術(shù)平臺(tái)。

但目前研制的SAW無(wú)線傳感陣列還不能完全滿足智能電網(wǎng)和特高壓應(yīng)用中對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的需求，表現(xiàn)出的問(wèn)題主要包括：

問(wèn)題1：作用距離不夠。以架空線路動(dòng)態(tài)增容的溫度監(jiān)測(cè)為例，若以安裝的SAW閱讀器為球心來(lái)考慮，作用半徑至少在30米左右。美國(guó)Sengenuity公司研制的用于開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的SAW無(wú)線傳感器測(cè)溫作用距離只在2米之內(nèi)。德國(guó)Brunsbüttel,Preussen?Elektra公司和Darmstadt工業(yè)大學(xué)在上世紀(jì)90年代末研制的用于電力傳輸線、半導(dǎo)體氧化物避雷器以及隔離開(kāi)關(guān)合閘是否到位等應(yīng)用的SAW無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)作用距離可達(dá)10米，但要在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)中推廣應(yīng)用，其作用距離仍需進(jìn)一步提高。

問(wèn)題2：同時(shí)檢測(cè)的溫度點(diǎn)數(shù)量不夠。在輸電線路監(jiān)測(cè)中，考慮同一桿塔上一回交流高壓輸電線路的三相，如果在塔兩側(cè)所接輸電線上安裝，考慮多回線路同桿情形及導(dǎo)線溫度模型推算需要所進(jìn)行的環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)等情況，傳感器的數(shù)量則至少在7個(gè)以上。變壓器油溫、開(kāi)關(guān)柜溫度及其他電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)要求對(duì)傳感器數(shù)量要求相似。美國(guó)Sengenuity公司研制的用于開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的SAW無(wú)線傳感陣列中傳感器數(shù)量可達(dá)6個(gè)（采用3個(gè)天線，實(shí)施空分復(fù)用后可達(dá)18個(gè)），但占據(jù)20MHz帶寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)433MHz頻段允許的1.87MHz帶寬要求。國(guó)內(nèi)華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、重慶大學(xué)以及中科院聲學(xué)所等單位研制的電力測(cè)溫的SAW無(wú)線傳感器也屬于該工作方式。

問(wèn)題3：傳感器抗干擾性能有待提高。隨著“智能電網(wǎng)”中無(wú)線傳感器的廣泛應(yīng)用，傳感陣列受突發(fā)性、帶內(nèi)同頻干擾影響的可能性大大增加；在“智能電網(wǎng)”的各種應(yīng)用場(chǎng)合下，不同場(chǎng)景的頻率選擇性衰落、多徑效應(yīng)、氣候環(huán)境等影響也各不相同，可能造成無(wú)源傳感器無(wú)線鏈路中斷，回波數(shù)據(jù)丟失或者由于信噪比很差造成測(cè)量野值。這些因素都嚴(yán)重地影響到傳感陣列的可靠性，可能造成誤報(bào)警甚至繼電保護(hù)誤動(dòng)作。