中科微声无线无源测温系统技术白皮书

目录一.公司简目录一.公司简 二.电力测温分 过热分 解决方 三.公司无线无源测温系 基本原 测温系统概 系统架 系统功 适用范 系统命名规 系统硬 采集器与天 SAW温度传感 系统软 客户端软 服务器端软件，安装于主 标准和规 标准和规 型式试验(部分 四.公司产品核心优 五.系统安装与成功案 开关 室外电 室外接 更多的应用领 六公司服 公司名 产品质 6.3交 售后服 服务培 招商引 公司资 公司专 公司产品认 七1中科微声（天津）传感技术有限公司，在中国科学院和天津市政府的支持和关怀下于2012年成立，公司“无线无源传感技术”落户中国科学院天津电子信息产业园。公司凭借中科院声学所十五年无线无源测量芯片研发为核心技术，通过自主研发，不断创造技术新高度。公司确定以“致力于成为复杂环境传感技术最优供应商和解决方案提供商”为企业使命，秉承“物联智合、科技领先”的企业经营理念，努力帮助客户解决实际需求，持续提升合作伙伴创造竞争优势。主要产品：1）智能电网：无线无源温度、压力、湿度、形变一体化声学传感技术；电弧光、烟感等一体化光学传感技术。作为智能电网第一期推出产品是“智能电网无线无源温度传感系统”是国内首家全知识产权产品，各项技术指标已经赶超国际先进水平，得到国家电网、南方电网等高度评价。2）建筑安全：建筑、桥梁、重型车辆等主体钢结构形变、应力声光一体复杂监测；3）生活安全：食品安全、水环境、大中科微声（天津）传感技术有限公司，在中国科学院和天津市政府的支持和关怀下于2012年成立，公司“无线无源传感技术”落户中国科学院天津电子信息产业园。公司凭借中科院声学所十五年无线无源测量芯片研发为核心技术，通过自主研发，不断创造技术新高度。公司确定以“致力于成为复杂环境传感技术最优供应商和解决方案提供商”为企业使命，秉承“物联智合、科技领先”的企业经营理念，努力帮助客户解决实际需求，持续提升合作伙伴创造竞争优势。主要产品：1）智能电网：无线无源温度、压力、湿度、形变一体化声学传感技术；电弧光、烟感等一体化光学传感技术。作为智能电网第一期推出产品是“智能电网无线无源温度传感系统”是国内首家全知识产权产品，各项技术指标已经赶超国际先进水平，得到国家电网、南方电网等高度评价。2）建筑安全：建筑、桥梁、重型车辆等主体钢结构形变、应力声光一体复杂监测；3）生活安全：食品安全、水环境、大气环境的实时快速声光电监测。公司技术实力雄厚，具备全知识产权研发核心竞争优势，获得多项基础性技术专利。目前技术骨干人员包括研究员1名，博士3名，硕士6名。另根据技术应用领域需求，参与联合研发机构包括清华大学、天津大学、北京邮电大学、华北电力大学、北京交通大学、西安光机所教授专家多名。我司立足于大数据时代需求，凭借卓越的技术为广大合作伙伴、各行业单位提供领先的、全面的、有针对性的无线信息传输解决方案及产品。在竭诚为客户创造价值的过程中，不断提升自我，立志成为国内最优秀的无线无源传感测量产品和服务提供商，为国民产业信息化水平的提高做出自己的贡献。2一.公司简2.1过热分在电网设备长期运行过程中，“负荷过重、线路老化”常出现于电网事故中，其重要隐患即电网连接处。据统计，此类突发故障占外部热故障的70%以上，其故障诱因如下：•内阻发热：现有电力系统中任何导体均有内阻，即便是很小的内阻，在通过较大电流的时候都会产生热能，相对环境温度有上升，上升温度在一定范围内，是可以安全运行的，超过安全范围，则对导体有伤害，不能长期运行；•节点过热：在各类导体的连接点，例如在开关柜、环网柜、分支箱、箱变中的铜排之间，铜排与电缆之间，地下电缆与架空导线之间，地下电缆之间，都存在接触电阻，在连接不可靠或者设备老化的情况下，接触电阻较大，在负荷电流较大的情况下，触点发热严重，可能发生触头升温过高甚至烧毁等严重事故；•过热恶化：由于这些部位的老化、接触电阻过大或者载流过大而发热；而发热常常使得接触电阻增大，从而恶性循环引发故障。为了提高供电的可靠性，减少停电时间和次数，将事故防范于未然，2.1过热分在电网设备长期运行过程中，“负荷过重、线路老化”常出现于电网事故中，其重要隐患即电网连接处。据统计，此类突发故障占外部热故障的70%以上，其故障诱因如下：•内阻发热：现有电力系统中任何导体均有内阻，即便是很小的内阻，在通过较大电流的时候都会产生热能，相对环境温度有上升，上升温度在一定范围内，是可以安全运行的，超过安全范围，则对导体有伤害，不能长期运行；•节点过热：在各类导体的连接点，例如在开关柜、环网柜、分支箱、箱变中的铜排之间，铜排与电缆之间，地下电缆与架空导线之间，地下电缆之间，都存在接触电阻，在连接不可靠或者设备老化的情况下，接触电阻较大，在负荷电流较大的情况下，触点发热严重，可能发生触头升温过高甚至烧毁等严重事故；•过热恶化：由于这些部位的老化、接触电阻过大或者载流过大而发热；而发热常常使得接触电阻增大，从而恶性循环引发故障。为了提高供电的可靠性，减少停电时间和次数，将事故防范于未然，采取有效措施实时监控成为关键方式。一方面可以持续监控现场设施的一方面可以通过监控温度实时变化，给电网“动态增容”提供数据支持。2.2解决方电力测温方式根据原理分通常包括6种方式，其具体原理如下：1)常规测温常规测温方式包括：测温蜡片、热电偶、热电阻、半导体温度传感3二.电力测温分器等，这些传感器通常直接置于待测点上。测温蜡片是通过人工巡视目视方式查看蜡片融化程度，判断和估计待测点的温度；其它传感器采用金属导线传递电源和传输信号，属于有线传感方式。2)红外测温红外测温传感器是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。红外传感器将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示。红外测温一种非接触式的测温方式。固定的红外测温仪体积较大，对于狭小的开关柜中安装比较困难；对于光不能直接照射区域存在测温盲点。3)光纤测温光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离高压。光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。然而，光纤具有易折，易断、不耐高温等特性。积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低，且受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。4)有源无线测温IC传感芯片感测温度信号并且通过无线模块发送给采集器。传感芯片和无线模块能量通过电池供给。由于测温需要连续监测（1器等，这些传感器通常直接置于待测点上。测温蜡片是通过人工巡视目视方式查看蜡片融化程度，判断和估计待测点的温度；其它传感器采用金属导线传递电源和传输信号，属于有线传感方式。2)红外测温红外测温传感器是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。红外传感器将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理，然后转换成温度读数显示。红外测温一种非接触式的测温方式。固定的红外测温仪体积较大，对于狭小的开关柜中安装比较困难；对于光不能直接照射区域存在测温盲点。3)光纤测温光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离高压。光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。然而，光纤具有易折，易断、不耐高温等特性。积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低，且受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。4)有源无线测温IC传感芯片感测温度信号并且通过无线模块发送给采集器。传感芯片和无线模块能量通过电池供给。由于测温需要连续监测（1电池容量无法做到5年以上，电池更换导致系统维护成本较高。5）感应取电测温采用感应俘能装置（例如闭合CT）在铜排或触头臂上通过感应电流的方式来取电供设备工作。电力开关柜在正常工作时（50~1250A，会带有一定的负载，这样在铜排上会有一个随负载大小而波动的电流流过，取电稳压处理后供给例如测温芯片等监测设备。6）无线无源测温4该系统采用基于压电声波原理的声表面波（SAW）传感芯片，传感器无需供电，传感器与采集器之间无线连接，能够真正做到无线无源。以1）-6）电网测温方式的对比见表1六种电网测温方测温蜡色示温感应取声表面无该系统采用基于压电声波原理的声表面波（SAW）传感芯片，传感器无需供电，传感器与采集器之间无线连接，能够真正做到无线无源。以1）-6）电网测温方式的对比见表1六种电网测温方测温蜡色示温感应取声表面无源无测温方红外测光纤测有源无(射信号传目红光无无无供电方无无无电感无寿命一次->102~5>10>10巡检方人人自自自自在线监否否是是是是安装难易难中易中易维护难难易中难中易安全隐低低高高高低适用范易热区域易热易热易热易热测温精低中高中中高高中高中低高感温方非接非接接接接接53.1基本原该传感器基于压电原理，通过频率变化反应压电基片的热3.1基本原该传感器基于压电原理，通过频率变化反应压电基片的热胀冷缩效应，其结构如下图1示基本工作过程如下：1）采集器信号发射：由采集器完成电信号调制，然后通过采集器天线将电磁波信号发到传感器天线2）传感器信号激发：SAW传感器的接收天线收到电磁波信号，通过逆压电效应，在SAW传感器上产生声信号；3）温度信号调制：声信号感受压电晶体热胀冷缩把温度信息调制到声信号中，调制后的声信号经过声反射栅反射后，通过压电效应转化成电磁波信号，并且通过传感器天线发送4）采集器信号接收：采集器天线接收返回的电磁波信号，解调出温度信息。发送天1)2)反射栅4)采集3)传感器压电晶传感器1声表面波传感器基本原理SAW传感器是通过声电耦合作用，具有如下独特优势1)传感器基片具有较大温度系数，能敏感温度变化量2取范围大且可靠，电力开关柜内可达1-3米；室外配平板天线可达183)可在高温差(-40℃～125℃)、强电磁干扰等恶劣环境下使用（反射信号具有微秒级的延迟，有强的抗环境噪声干扰能力6三.公司无线无源测温系4)可使用在金属和液体产品上。3.2测温系统概3.2.1系统架无线无源温度监测系统拓扑如图24)可使用在金属和液体产品上。3.2测温系统概3.2.1系统架无线无源温度监测系统拓扑如图22无线无源温度监测系统拓扑结构图本系统采用4层网络架构1）跨区主站7针对不同监控中心实现温度数据收集、分析等。在主站安装温度监控服务器端软件，针对监控中心上传数据进行建立数据库系统、和分析平台，该平台可以通过网络进行远程管理。*（本部分默认为客户自制，我司不提供该业务）。2）监控中心针对同一区域、不同监控房间的数据，在监控中心进行汇集；计算机上安装温度监控客户端软件，该软件对总线网关数据进行汇总分析，同时向上级主站上传数据。*（本部分默认为客户自制，我司不提供该业务）。3）总线网关针对不同监控中心实现温度数据收集、分析等。在主站安装温度监控服务器端软件，针对监控中心上传数据进行建立数据库系统、和分析平台，该平台可以通过网络进行远程管理。*（本部分默认为客户自制，我司不提供该业务）。2）监控中心针对同一区域、不同监控房间的数据，在监控中心进行汇集；计算机上安装温度监控客户端软件，该软件对总线网关数据进行汇总分析，同时向上级主站上传数据。*（本部分默认为客户自制，我司不提供该业务）。3）总线网关网关通常以一个监控房间为单元，采用一个网关接多个数据采集器的方式。数据采集器通过RS485总线和网关链接，从而在网关完成多数据采集器的温度信息汇集；汇总数据也可以以61850、103/104等协议SCADA系统连接。*（本部分默认为客户自制，我司亦可根据客户需求另行定制）。4）传感器与数据采集器最低层的是分布放置的温度传感器，传感器和被测点直接接触，例如放置在开关柜母线上；数据采集天线放置在传感器芯片约3数据采集器给传感器发送问询信号，温度监测结果返回到数据采集器，从而完成温度数据采集。3.2.2系统功系统具有如下基本功能：1)异常情况下的温度应发故障报警针对电网温度超过警戒温度实时报警；针对温度升温过快报警；自动和手动保存历史温度数据，供故障诊断。2)正常运行情况下关键节点的全健康状态监测8实时监测关键节点的温度实时状况；给出温度历史曲线，预测关键节点的健康状态；自动和手动保存历史温度数据，供故障诊断。3)实现电网关键点的测温网络覆盖封闭环境内，数据采集器天线到传感器之间3米范围内实现无线连接；数据采集器到网关之间通过RS485总线连接，可实现1500米以内传输；网关到监控机房、主站之间，可以采用以太网、光纤或者无线实现远距离传输。通过上述基本功能的使用和发掘，结合其他相关系统及标准，可以实现以下拓展功能：1)高压开关柜的状态检修当发现开关柜各触点温度出现异常状况，调用实时负荷数据等其他相关运行数据，借助故障诊断专家系统，可进行综合数据分析和故障诊断，实现高压开关柜的状态检修：打破传统定期检修的模式，对不同状实时监测关键节点的温度实时状况；给出温度历史曲线，预测关键节点的健康状态；自动和手动保存历史温度数据，供故障诊断。3)实现电网关键点的测温网络覆盖封闭环境内，数据采集器天线到传感器之间3米范围内实现无线连接；数据采集器到网关之间通过RS485总线连接，可实现1500米以内传输；网关到监控机房、主站之间，可以采用以太网、光纤或者无线实现远距离传输。通过上述基本功能的使用和发掘，结合其他相关系统及标准，可以实现以下拓展功能：1)高压开关柜的状态检修当发现开关柜各触点温度出现异常状况，调用实时负荷数据等其他相关运行数据，借助故障诊断专家系统，可进行综合数据分析和故障诊断，实现高压开关柜的状态检修：打破传统定期检修的模式，对不同状态的开关柜制定不同的检修策略（包括检修时间和检修项目），最终更加有效的保障设备安全稳定运行。2)开关柜在线监控测温相关技术标准的形成和改进在开关柜中安装无源无线温度在线监测系统，可实时监控开关柜的运行温度状况，及时发现和搜集运行过程中的异常。通过对大量不同厂家、型号、结构、安装方式的开关柜的温度数据进行对比，可辅助分析不同厂家开关柜质量、不同型号开关柜在不同运行环境下的运行稳定性、不同安装方式对开关柜运行造成的影响等。3)辅助分析电网运行状况开关柜中测量点的温度绝对值高低、温度变化速率、不同相别触点的温差，可反映出电网的负荷高低、三相不平衡等情况，从而辅助全面9分析电网的运行状况。3.2.3适用范本系统测温范围为:-40～125℃，广泛应用于以下领域：1)开关柜测温可监测高压开关柜内开关触点、母排接头、电缆接头等设备的温度。2)电力电缆系统测温可监测电缆接头、地下电缆、电厂电缆沟热点、电缆分支箱接头开分析电网的运行状况。3.2.3适用范本系统测温范围为:-40～125℃，广泛应用于以下领域：1)开关柜测温可监测高压开关柜内开关触点、母排接头、电缆接头等设备的温度。2)电力电缆系统测温可监测电缆接头、地下电缆、电厂电缆沟热点、电缆分支箱接头开关等设备的温度。3)变电站外场接头测温变电站内变压器及其连接设备的温度、变电站母排温度监测、变电站高压互感器等接头温度。4）强磁场节点测温大功率发射设备的大电流节点、冷凝器、整流柜内的温节点、电感线圈和高压开关等仪器的测温。3.2.4命名规3.3系统硬3.3.1采集器与天3.3系统硬3.3.1采集器与天采集器天1234567894433（免申请铜124433（免申请铜12345--67℃-355SAW45SAW43m（与采集器天线≥10与动静触头结合点的距离1234567893.4系统软3.4.1客户端软63.4.2服务器端软件，安装于主63.4.2服务器端软件，安装于主3.5标准和规3.5.1标准和规GB14598.27-2008产品安全要求JB/T4259-1996JB/T7828-1995继电器及装置包装贮运技术条件14598.16－200214598.18－2002浪涌抗扰度试验3.5.2JB/T7828-1995继电器及装置包装贮运技术条件14598.16－200214598.18－2002浪涌抗扰度试验3.5.2型式试验(部分序号123456789●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○●●●******○○●●*○○○○○○○○●公司基于中科院声学所多年开发核心优势，经过5年多产品开发，奠定从技术基础理论和应用解决方案国内领先水平，核心指标接近或超过国外产品。具体积累优势如下：1)公司完成知识产权、工艺和标准构建拥有产品全部自主知识产权：包括传感芯片、电子电路、信号雷达、算法逻辑、材料工程等核心13项专利，还有多项申请中；传感器芯片工艺全程掌控：16年的自主开发和芯片生产经验；制定SAW电力测温行业标准：全自主开发产品检验和标定设备，保证精准产品。2)突破6项核心公司基于中科院声学所多年开发核心优势，经过5年多产品开发，奠定从技术基础理论和应用解决方案国内领先水平，核心指标接近或超过国外产品。具体积累优势如下：1)公司完成知识产权、工艺和标准构建拥有产品全部自主知识产权：包括传感芯片、电子电路、信号雷达、算法逻辑