无线无源温度检测原理.docx

1、无线测温技术方案(基于EH技术)1.EH技术说明1.1.EH技术简介环境能量采集（EnergyHarvesting）技术具有可循环、无污染、低能耗等优点，它建立在微电子技术和微功耗技术的基础上，是近几年发展起来的一门新兴学科，它涵盖了太阳能、风能、热能、机械能、电磁能采集等诸多方面。能量收集技术应用范围极其广泛：交通、能源、物联网、航空航天、生物等等。把能量采集技术应用到电力设备的在线监测是一个前所未有的创新，必将为解决电网智能化运行提供一个全新的平台。能量收集(EH)也称为能量积聚，使用环境能量为小型电子和电气器件提供电能。能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。能量收集模块从光、

2、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。可能的能源还来自手机天线塔等发出的射频。然后，电源经过调节并存储起来。系统随后按照所需的间隔触发，将能量释放给后续负载使用。1.2.EH技术应用在变电所、站的运行现场具有丰富的电磁能，对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等)，电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备和模具)，磁场要比电场大得多。因此我们认为高压设备内是一个工频电场和磁场能量非常密集的区域。我们正是利用微电子技术、低功耗技术以及能量管理技术收集高压设备中的电磁能，并将其能量转化为无线温度传感器所需之电源。将EH技术应用于高压设备一次回路的无线测温，解决了传感器的能量需

3、求问题，使得传感器摆脱了对传统电池的束缚，体积更小，可靠性更高，安装更方便，维护更简单，产品更环保，技术更先进。2.基于EH技术的富邦电控FTZ600无线测温系统2.1.无线测温系统简介我公司的无源无线测温系统主要有三部分构成：无线测温传感器、无线温度接收终端、数据服务器及后台；效果结构图如下所示：接收终端在系统中承担着数据中继功能，它接收到传感器的数据之后再通过光纤、485或者无线等方式传输给数据后台，他们形成了系统的网络层。数据到达后台后，用户可以通过浏览器方式监测现场每个传感器的实时温度、历史曲线，如果出现超温情况，可以快速定位并及时通知相关人员。这就是系统的应用层。3.无线测温系统单元

4、介绍3.1.无源无线温度传感器目前我公司研发多种无线温度传感器既能满足室内开关柜无线测温，也可以满足户外变压器、轴承、隔离刀闸等设备无线测温要求。我公司的无源无线温度传感器是基于美国TI公司的无线数字通信技术及低功耗技术、EH技术而研制的高性能产品，新一代无线温度传感器采用了多重抗干扰措施以及特有的软件算法，其最大的优势在于不再需要电池供电，彻底解决电池后期维护频繁、寿命有限的问题；而且体积小巧，安装方式灵活多样，将开关柜温升监测提升到一个新的高度。考虑不同环境的适用性，目前该温度传感器系列应用较广泛的有两款(FB-SW-02、FB-SW-01)FB-SW-02型无源无线温度传感器体积小，可适

5、合于国内外高压设备室内及户外动静触头、隔离刀闸、断路器、母排、电缆连接处的温度的测量；适合于低压抽屉柜输入输出回路连接处或各接头处温度的测量；安装方便、安全、灵活。FB-SW-01型无源无线温度传感器发射距离大，在空旷距离条件下，传输距离可达2000m；可适用于户外架空电缆，高压变电站户外场地间隔内设备各结构的温度监测；包括户外电流互感器、户外隔离开关、户外断路器以及变压器等；3.1.1.FB-SW-02型无线温度传感器参数如下表所示：工作环境-45 +125，99%RH防护等级IP68(最高防护等级)工作频段433MHz发射功率10dbm传输距离220m（空旷距离）视距，实际情况据现场条件而

6、定测温方式接触式体积轻小，优先安装动触头测温范围-45 +125测量精度1测量间隔5S发送间隔1060S温度越高发送间隔越短休眠功耗3.0uA发射功耗15mA供电方式能量收集电磁能收集（无源）使用寿命10年可维护性后期基本免维护外形尺寸27.3229.8mm传感器主体尺寸安装方式固定式可安装动、静触头以及母排、电缆进出线端口、隔离刀闸等位置。3.1.2.FB-SW-01型无温度传感器参数如下表所示：工作环境-40 +85，95%RH防护等级IP68(最高防护等级)工作频段433MHz（免申请）发射功率 13dbm传输距离2000m（空旷距离）视距，实际情况据现场条件而定测温方式接触式体积轻小，

7、优先安装动触头测温范围-45 +125测量精度1测量间隔5S发送间隔1060S温度越高发送间隔越短休眠功耗8.0uA发射功耗120mA供电方式能量收集电磁能收集（无源）使用寿命10年可维护性后期基本免维护外形尺寸14874mm传感器主体尺寸安装方式固定式可安装在户外架空电缆接头、户外电流互感器、户外隔离开关、户外断路器以及变压器等设备上3.2.无线接收终端FB-ANT无线温度接收终端是在上一代产品基础上研制的新产品，与上一代及其他公司的类似产品比较，我们的产品具备更强大的功能和可靠的性能，双光口、双无线、双485、单网口，光纤可以直接接入我们产品，亦可采用多通讯口实现数据中继功能。无线接收终端

8、的参数如下表所示：工作环境-4085,95%RH供电方式AC220V或DC220V整机功耗8W尺寸大小120180mm上行RS-485两路可配置上行光口两路可配置上行网口一路可配置上行速率4kbps下行信道无线无线频段433MHz接收灵敏度-110dbm下行速率10kbps传感器点数9点可选显示方式LCD温度变化曲线2小时超温报警有报警门限可设声光报警及输出有本地温、湿度可配安装方式壁挂式、嵌入式可选通讯协议Modbus、IEC61850可选通讯方式以太网、RS485、光纤可选3.3.无线监控后台我们的无线测温后台采用国内品牌工控机或者由客户指定型号的计算机，后台软件采用B/S结构，具有独立的

9、软件著作权。具有人机界面友好、操作方便、数据全面、功能完善的特点，同时还可实现短信报警和Web访问功能。监控后台的参数如下：配置机型按客户需求或知名品牌工控机可选工作环境-4085,95%RH供电方式AC220V或DC220V可选显示要求实时温度、历史曲线、超温报警、一次图报警功能具有高温告警短信通知功能通讯功能串口、以太网口、modbus协议、IEC61850协议可选可访问性可通过浏览器访问数据容量可接入不少于60000只温度传感器，并记录数据软件系统SPV2.0系统，BS结构全局图可以一目了然分辨出传感器温度正常、超温、故障； 历史曲线图可以记录各个电气节点的温升曲线变化，辅助电网分析柜体

10、的运行状态以及潜在隐患； 4.产品优越性4.1.无源无线测温系统的特点4.1.1.技术要点器件选用：无线温度传感器关键器件采用国际进口器件；独特技术：全向性天线、多层屏蔽、多层PCB、低功耗；权威检测：国家继电保护中心通讯标准:我公司的系统支持Modbus、IEC61850通讯协议。电磁兼容性（EMC）：GB/T17626标准，静电、群脉冲、浪涌IV级规范环境试验规程：GB 2423标准，高低温交变湿热环境试验工频高压试验：100kV/15min工频磁场试验：5000A/m4.1.2.与其它产品类比特点我公司无源无线温度传感器与其它常见测温设备性能比较如下表所示：测温方法技术规格红外测温有源无

11、线测温CT取电测温无源无线测温供电方式有线供电电池供电CT取电能量收集传输方式有线传输无线传输无线传输无线传输测温方式红外线接触式接触式接触式测温精度2.01.01.00.5响应速度稍慢快快快尺寸大小稍大较小大极小安装方式固定于柜壁固定于发热点固定于发热点固定于发热点适用性柜内裸露部位测温母排、静触头等母排，静触头等动触头、母排等影响因素镜头需要调焦和对准发热点，物距比直接影响精度，套管、柜壁等阻挡其测量，振动、尘土影响其测量受电池寿命和高温特性制约，体积稍大，关键部位不能安装，测量间隔长母线电流大于50A时才能工作，母线电流过大时自身发热严重，故障率高母线电流大于5A可工作安装维护需要对准发

12、热部位，需在开关柜上钻孔，需要在布线连接，定期除尘、对准无需布线和破坏结构需要更换电池安装方式麻烦，需按测点尺寸选配不同型号后期维护频繁无需布线和破坏结构基本免维护备注：相比无源无线测温方式，其它的测温方式均有一些不足或者隐患。4.1.1.1.红外测温弊端：4.1.1.1.1.红外测温探头安装固定条件要求苛刻，体积较大，许多柜内发热点温升状态不能有效监测。4.1.1.1.2.测温精度容易受到柜内障碍物、灰尘、距离等影响，且需要定期维护清洁测温探头。4.1.1.1.3.测温主机一般使用有线式供电，给一次系统安全间距带来隐患。4.1.1.2.使用电池供电的弊端：4.1.1.2.1.高温下电池寿命大

13、大降低，实际寿命很难计算；如大量使用，则需要频繁停电更换电池。4.1.1.2.2.电池长期处于高温状态下会存在使用寿命减退甚至失效的隐患，给一次系统运行安全带来隐患。4.1.1.2.3.为了防止电磁场干扰设备和影响电池，一般必须使用屏蔽盒，这样增加了传感器尺寸给安装带来一定的困难。4.1.1.3.使用CT取电测温的弊端：4.1.1.3.1.需要提前确定线圈尺寸大小，且体积较大。4.1.1.3.2.线圈安装麻烦，需要停电较长时间。4.1.1.3.3.CT线圈会引入一些干扰和电压波动（有时甚至高至数百伏电压），造成传感器工作不稳定，且故障率高，给后期维护带来一定工作量。4.1.1.3.4.运行条件

14、较为严格，最低取电工作电流通常需要50安培以上，盲区大。4.1.1.4.无源无线测温优点：4.1.1.4.1.EH技术取电，能源清洁、绿色无污染，运行条件广泛（负荷5A以上即可稳定运行），盲区小，不会带来干扰。4.1.1.4.2.体积小巧，可灵活安装在动触头、静触头、母排、电缆进出线及其它潜在发热点。4.1.1.4.3.安装紧固材料为合金带，相比于硅胶带、尼龙扎带、CT环，它具有耐高温、防老化、导磁、耐候等特性能够使用于各种气候环境4.2.无线温度传感器安装方案4.2.1.通过对工程实际情况的了解，确定传感器安装位置信息如下：4.2.1.1.动触头位置安装示例由于某些开关柜断路器型号繁杂，规格

15、尺寸不统一造成部分断路器动触头无法直接安装，鉴于此类因素，我公司无源无线温度传感器可直接安装在开关柜的动触头。4.2.1.2.母排及电缆进出线安装示例4.2.2.传感器安装采用捆绑式，通过合金带将传感器固定于需测温节点的就近位置，并保证传感器感温部位与被检测部位表面充分接触以保证测温效果。4.2.3.严格保证传感器安装后的电气间隙不低于对应电压等级的最低安全间隙。4.2.4.其他项目工程传感器安装位置4.2.4.1.断路器静触头4.2.4.2.户内隔离刀闸4.2.4.3.户外隔离刀闸：母线与触头连接接头处尽量靠近接头位置4.2.4.4.六氟化硫断路器：断路器进出线接头位置尽量靠近接头处4.2.

16、4.5.主变压器进出线接头4.3.无线接收终端安装方案4.3.1.无线接收终端电源参数4.3.1.1.供电方式 AC220V或DC220V4.3.1.2.整机功耗 8W4.3.2.无线接收终端安装方式有以下几种（以下安装方式根据客户需求及实际施工环境灵活定制）4.3.2.1.壁挂式4.3.2.2.机柜式4.3.2.3.嵌入式4.3.3.根据现场实际情况，可采用的安装方式有以下几种4.3.3.1.壁挂式根据现场无线传感器实际分布情况及无线接收终端的有效接收范围考虑，可将设备安装在电站场地的小室内或监控站楼室内，此种方式最常用。4.3.3.2.导轨式终端安装在现场的机构箱或端子箱中，电源可直接从箱

17、内电源获取4.3.3.3.机柜式（户外型）单独配置无线测温接收终端机柜（户外箱，有透明窗口可查看设备运行状态），电源可从用户许可的位置获取。机柜式安装需考虑的几个施工内容4.3.3.3.1.机柜的安装底座的建立（土建）4.3.3.3.2.机柜线缆槽的建立（土建）5.通信布线结构及方案5.1.用户提供现场开关柜及所在空间的平面图，同时需要提供无线温度接收终端、站端系统和开关柜所在空间之间的平面图，方便施工人员制定方案。5.2.无线测温节点至无线接收终端之间的通信采用433M无线射频通信；无线接收终端至后台之间的通信采用RS485通信。无线接收终端至后台通信空旷传输距离小于100m，通信线缆采用双

18、绞屏蔽线缆或光缆。5.3.无线测温系统图5.4.后台服务器可单独布置，后台通信可选择的通信协议有以下几种（具体通信协议可根据客户需求及工程环境确定）5.4.1.RS485通信（默认为企标，支持Modbus-RTU/Modbus-TCP协议）5.4.2.TCP/IP通信5.4.3.IEC61850通信协议6.设备配置说明6.1.传感器配置无线温度传感器配置间隔名称机构名称传感器数量单位备注FB-SW-01只FB-SW-02只只只传感器合计只6.2.无线接收终端配置无线接收终端配置测温区域产品型号安装方式数量单位户外场地FB-TR4待定待定套6.3.其他设备及物流配置其他设备及物料物品名称数量单位

19、用途后台服务器1套后台系统光缆待定m通信网络布置网线待定m通信网络布置双绞屏蔽线待定m通信网络布置电源线待定m终端电源布置7.危险点识别安全措施危险（源）点可能导致的事故预控措施1.1登高作业人员高空坠落1.1.1作业人员必须正确佩带安全帽，并系好安全带； 1.1.2搭设的梯子应稳固可靠，由专人扶持或将梯子上端与设备捆固在一起；1.1.3作业人员应穿防滑性能好的工作鞋；1.1.4地面配合人员避开高处作业的下方；1.1.5作业前应先认真检查，安全带、脚手升降板、爬梯等是否牢固无问题后方可攀登；1.1.6门型杆、出线铁塔上作业必须使用双保险安全带，转移作业位置时不得失去安全带的保护。1.2落物打击人员轻、重伤事故，设备损坏事故1.2.1现场作业人员必须正确佩带安全帽；1.2.2高处作业人员应使用工具袋（包）；1.2.3传递的物件须捆绑牢靠，物件传递严禁上下抛掷；1.2.4地面配合人员避开高处作业的下方；1.3误入带电间隔