摘要：随着经济和科技水平的快速发展，配网运行设备设计了一种拆装式温度传感器，其基于声表面波技术实现，在结构和绝缘设计上适配目前所有110kV以下进出线电缆和母排接触点的温度监测。相对于传统的温度监测方式，其既能达到在线监测设备温度的目的，又没有造成安全隐患。
关键词：声表面波芯片；温度监测；拆装式温度传感器
引言
随着我国经济的迅速发展，国民用电需求日益增加，具有可靠、安全、经济、高效等优点的智能电网引起人们广泛的关注，而智能电缆是智能电网的重要组成部分，其自身温度与所处位置的环境温度是智能电网安全运行的重要因素。目前，国内外电力电缆温度监测的方法主要有感温电缆测温系统、红外线测温系统、热敏电缆测温系统、分布式光纤测温系统、光纤光栅测温系统等，其中感温电缆测温系统具有测量误差大，无法精确定位，受环境温度影响大，容易受损无法再用等缺点；红外线测温系统具有易受环境影响，只能监测电缆表面温度，不适合长距离在线监测等缺点；热敏电缆测温系统具有精度低，布线复杂易损，维护量大，只能监测电缆局部温度等缺点；分布式光纤测温系统具有空间分辨率低，响应速度慢，无法测量电缆内部温度等缺点，以上电力电缆温度监测技术均不满足智能电网安全运行的要求。而光纤光栅测温系统，尤其是弱光栅测温系统因其空间分辨率高，传感器复用容量大等优点使其在电力电缆温度监测方面得到人们的重视。对于未复合电缆，即将光纤光栅测温系统安装于电缆外表面或者附近，该方法只能测得电缆表面温度无法测得其内部温度；对于复合电缆，即在电缆生产过程中将光纤光栅测温系统置于光缆结构层中，以测得其光缆内部与外部温度，但是其测温容易受到应力的影响。
1概述
1.1背景概述
配网运行设备的电缆或电缆与母排的连接处如果接触不好或设备老化，存在触点高温的安全隐患，严重情况下会造成运行设备不能正常在网运行，导致重大事故。传统测温技术，离线巡检用红外设备价格昂贵，需要用户定时巡检，人工成本高昂，且不能保障设备在线运行实时的安全性；有源在线温度监测设备，采样有源传感器存在电池供电的安全隐患，安装有源传感器，在为用户解决问题的同时，也带来了安全隐患。相比有源温度传感器，基于声表面波的温度传感器后续维护成本低廉，能够长期工作在高温环境，对测温场景要求低，能够适应各种测试场景。
1.2技术优势
基于声表面波（SAW）器件的电缆温度传感器，结合无线智能读写装置，实现温度信息的采集与传输，电缆温度传感器安装在被测点上，无需连线即可将被测点的温度信息传送出去。而传感器本身无需电源供电，亦无需从电力装备上取电，因而具有优越的安全性、可靠性和可维护性。作为高电压设备安全在线监测方面一项颠覆性的技术，该技术是智能电网高压设备实时温度监测技术上的重大突破。产品的技术特点如下：1）无线传送温度信息；2）无需电池及取电装置；3）无IC电路；4）体积小、重量轻、安装简易；5）不受高温、高电压、强电磁场环境影响，可靠性高；6）实时在线，测温精度高；7）工作温度范围宽；8）工作寿命长达20年以上；9）安装后几乎终生免维护。拆装式温度传感器提供了一种无需供电、无需铺设线缆、抗干扰能力强和绝缘等级高的用于电缆或母排安装的温度传感器，在结构和绝缘工艺上实现了在交流200V至交流110kV电缆或母排安装上的结构适配和绝缘等级的适配，极大地简化了温度传感器的安装，提高了温度传感器在一次设备上运行的可靠性。
2拆装式温度传感器设计实现说明
2.1设计概述
拆装式温度传感器提供了一种无需供电、无需铺设线缆、抗干扰能力强和绝缘等级高的用于母排或电缆温度测量的传感器。拆装式温度传感器包括基座、声表面波传感器芯片、天线、保护壳体，声表面波传感器芯片和天线连接，基座设有用于安装在平面上的螺纹孔和可拆卸安装的电缆安装环。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆传感器设计合理、结构简单，通过螺纹孔和可拆卸安装的电缆安装环可安装于平面或电缆上，适配多种情况，能有效对配网设备进行监测。传感器采用以上所述基于声表面波技术的温度传感器芯片，传感器芯片焊接在PCB板卡上。传感器采用螺旋天线，提供高增益射频性能。传感器外壳具有阻燃和高绝缘适配性，选用环氧树脂材料实现。
2.2部件设计说明
传感器选用高Q值的声表面波芯片，具有高增益性能，其设计说明在此不做重点描述。
2.2.1保护外壳部分实现说明
外壳采用环氧树脂材料实现，能够实现高达110kV的绝缘隔离，本材料具有高抗冲击性、高耐热性及高绝缘性的特点。高抗冲击性能够有效保护壳体内芯片和PCB板卡；高耐热性耐热温度高达280℃，能够适用于温度测量应用环境；高绝缘性能达到110kV，使电缆温度传感器可以安装到不同安全等级的高压部件上。
2.2.2电缆安装环实现说明
电缆安装环设计为两段式结构，分为第一安装环和第二安装环，第一安装环的一端与第二安装环的一端通过基座紧固件固定连接，第一安装环的自由端与第二安装环的自由端通过环长调节装置拆卸安装。通过巧妙的结构设计可以改变电缆安装环的直径尺寸，电缆安装环通过环长调节装置调节，连接状态下的环直径范围为20-80mm。
3拆装式温度传感器测试报告
3.1温度线性度对比
选取25℃、50℃、75℃这3个温度点，验证电缆温度传感器的线性度及稳定性。在温循箱内进行恒温对比测试。在每个温度点用温循箱烘1h，待温度恒定，和温循箱内置的测温传感器进行对比。1）选取25℃温度，在温循箱内运行1h，记录温度。2）将温度升温至50℃，在温循箱内运行1h，记录温度。3）将温度升温至75℃，在温循箱内运行1h，记录温度。结论：通过温循箱对比，可以看出，电缆温度传感器的一致性较好，信号高于40dB的电缆温度传感器的温度与温循箱的温度对比一致。在50℃时电缆温度传感器温度为49.5℃，相差0.5℃。在75℃时，探头稳定温度为74℃，相差1℃。考虑到测试系统本身的测温精度，认为电缆温度传感器可以满足用户精度要求。
3.2系统长期运行稳定性测试
将系统在同一环境下定标后，挂网运行约36h。分析数据的稳定性及其随昼夜温差的变化的特性。
结语
综上所述，拆装式温度传感器实现了对配网运行设备的温度测量，能够快速部署到不同安装部件上，可以具有高达110kV的绝缘隔离特性。拆装式温度传感器助力了智能配电网的快速部署和实施。拆装式温度传感器能够长时间可靠运行并保持高精度的测量精度，其应用提高了配网运行设备的可靠性，能够为配网设备可靠运行保驾护航。
参考文献
[1]李秋芳.基于运行温度变化的排管电缆群寿命评估研究[D].武汉：武汉大学，2018.
[2]刘刚，王鹏宇，毛健琨，等.高压电缆接头温度场分布的仿真计算[J].高电压技术，2018，44（11）：3688-3698.
[3]张鑫.配网线路设备运行管理与维护方法分析[J].设备管理与维修，2018（11）：27-28.
[4]吴翔，何怡刚，邓芳明，等.基于SAW-RFID的电力电缆温度在线监测技术研究[J].仪表技术与传感器，2018（6）：113-117.
[5]王梦琼.在线检测技术在电力电缆线路运行温度的应用[J].电子世界，2018（10）：184-185.
论文作者:陈忠雷,张永超,朱皓
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：测温论文; 电缆论文; 温度论文; 温度传感器论文; 传感器论文; 在线论文; 表面波论文; 《电力设备》2019年第4期论文;