配網運行設備電纜溫度傳感器的研制

時間：2022-05-21 16:36:09

關鍵字：聲表面波芯片溫度監(jiān)測拆裝式溫度傳感器

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[導讀]摘要:針對配網運行設備設計了一種拆裝式溫度傳感器,其基于聲表面波技術實現(xiàn),在結構和絕緣設計上適配目前所有110kV以下進出線電纜和母排接觸點的溫度監(jiān)測。相對于傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方式,其既能達到在線監(jiān)測設備溫度的目的,又沒有造成安全隱患。

1概述

1.1背景概述

配網運行設備的電纜或電纜與母排的連接處如果接觸不好或設備老化,存在觸點高溫的安全隱患,嚴重情況下會造成運行設備不能正常在網運行,導致重大事故。

傳統(tǒng)測溫技術,離線巡檢用紅外設備價格昂貴,需要用戶定時巡檢,人工成本高昂,且不能保障設備在線運行實時的安全性;有源在線溫度監(jiān)測設備,采樣有源傳感器存在電池供電的安全隱患,安裝有源傳感器,在為用戶解決問題的同時,也帶來了安全隱患。

相比有源溫度傳感器,基于聲表面波的溫度傳感器后續(xù)維護成本低廉,能夠長期工作在高溫環(huán)境,對測溫場景要求低,能夠適應各種測試場景。

1.2技術優(yōu)勢

基于聲表面波（sAw）器件的電纜溫度傳感器,結合無線智能讀寫裝置,實現(xiàn)溫度信息的采集與傳輸,電纜溫度傳感器安裝在被測點上,無需連線即可將被測點的溫度信息傳送出去。而傳感器本身無需電源供電,亦無需從電力裝備上取電,因而具有優(yōu)越的安全性、可靠性和可維護性。作為高電壓設備安全在線監(jiān)測方面一項顛覆性的技術,該技術是智能電網高壓設備實時溫度監(jiān)測技術上的重大突破。

產品的技術特點如下:

（1）無線傳送溫度信息;

（2）無需電池及取電裝置;

（3）無1C電路;

（4）體積小、重量輕、安裝簡易;

（5）不受高溫、高電壓、強電磁場環(huán)境影響,可靠性高;

（6）實時在線,測溫精度高;

（7）工作溫度范圍寬;

（8）工作壽命長達20年以上;

（9）安裝后幾乎終生免維護。

拆裝式溫度傳感器提供了一種無需供電、無需鋪設線纜、抗干擾能力強和絕緣等級高的用于電纜或母排安裝的溫度傳感器,在結構和絕緣工藝上實現(xiàn)了在交流200V至交流110kV電纜或母排安裝上的結構適配和絕緣等級的適配,極大地簡化了溫度傳感器的安裝,提高了溫度傳感器在一次設備上運行的可靠性。

2拆裝式溫度傳感器設計實現(xiàn)說明

2.1設計概述

拆裝式溫度傳感器提供了一種無需供電、無需鋪設線纜、抗干擾能力強和絕緣等級高的用于母排或電纜溫度測量的傳感器。

拆裝式溫度傳感器包括基座、聲表面波傳感器芯片、天線、保護殼體,聲表面波傳感器芯片和天線連接,基座設有用于安裝在平面上的螺紋孔和可拆卸安裝的電纜安裝環(huán)。傳感器設計合理、結構簡單,通過螺紋孔和可拆卸安裝的電纜安裝環(huán)可安裝于平面或電纜上,適配多種情況,能有效對配網設備進行監(jiān)測。

傳感器采用以上所述基于聲表面波技術的溫度傳感器芯

片,傳感器芯片焊接在PCB板卡上。傳感器采用螺旋天線,提供高增益射頻性能。傳感器外殼具有阻燃和高絕緣適配性,選用環(huán)氧樹脂材料實現(xiàn)。

拆裝式溫度傳感器組成結構如圖1所示。

圖1拆裝式溫度傳感器結構圖

1一基座2一保護外殼11一傳輸天線12一聲表面波芯片

2.2部件設計說明

傳感器選用高0值的聲表面波芯片,具有高增益性能,其設計說明在此不做重點描述。

2.2.1保護外殼部分實現(xiàn)說明

外殼采用環(huán)氧樹脂材料實現(xiàn),能夠實現(xiàn)高達110kV的絕緣隔離,本材料具有高抗沖擊性、高耐熱性及高絕緣性的特點。高抗沖擊性能夠有效保護殼體內芯片和PCB板卡;高耐熱性耐熱溫度高達280℃,能夠適用于溫度測量應用環(huán)境;高絕緣性能達到110kV,使電纜溫度傳感器可以安裝到不同安全等級的高壓部件上。

2.2.2電纜安裝環(huán)實現(xiàn)說明

電纜安裝環(huán)設計為兩段式結構,分為第一安裝環(huán)和第二安裝環(huán),第一安裝環(huán)的一端與第二安裝環(huán)的一端通過基座緊固件固定連接,第一安裝環(huán)的自由端與第二安裝環(huán)的自由端通過環(huán)長調節(jié)裝置拆卸安裝。通過巧妙的結構設計可以改變電纜安裝環(huán)的直徑尺寸,電纜安裝環(huán)通過環(huán)長調節(jié)裝置調節(jié),連接狀態(tài)下的環(huán)直徑范圍為20～80mm。

電纜安裝環(huán)結構如圖2所示。

3拆裝式溫度傳感器測試報告

3.1溫度線性度對比

選取25℃、50℃、75℃,這3個溫度點,驗證電纜溫度傳感器的線性度及穩(wěn)定性。

在溫循箱內進行恒溫對比測試。

在每個溫度點用溫循箱烘1h,待溫度恒定,和溫循箱內置的測溫傳感器進行對比。

(1）選取25h溫度,在溫循箱內運行1h,記錄溫度。

(2）將溫度升溫至5o℃,在溫循箱內運行1h,記錄溫度。

(3）將溫度升溫至75℃,在溫循箱內運行1h,記錄溫度。

結論:通過溫循箱對比,可以看出,電纜溫度傳感器的一致性較好,信號高于40dB的電纜溫度傳感器的溫度與溫循箱的溫度對比一致。在50℃時電纜溫度傳感器溫度為49.5℃,相差0.5℃。在75℃時,探頭穩(wěn)定溫度為74℃,相差3℃。考慮到測試系統(tǒng)本身的測溫精度,認為電纜溫度傳感器可以滿足用戶精度要求。

3.2系統(tǒng)長期運行穩(wěn)定性測試

將系統(tǒng)在同一環(huán)境下定標后,掛網運行約36h。分析數(shù)據的穩(wěn)定性及其隨晝夜溫差的變化的特性。圖3～5所示為長期運行趨勢圖。