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10kV高压开关柜无线测温技术的研究与应用
发表时间:2018/6/22

高压电缆无线测温技术研究及应用

摘要:电气设备需要进行持续的长时间运行,很容易出现超负荷运行的状况,使得电气设备出现发热现象,要求电厂加强对电气设备的温度监测。基于此,本文对高压电缆无线测温技术进行了研究,首先阐述了无线测温技术的优势及其技术指标,然后从微带天线的关键技术、微弱传感信号检测技术以及节能技术这三个方面,对无线测温技术的应用进行了分析,以期为相关研究提供参考。
关键词:高压电缆;无线测温技术;微带天线

前言:传统测温技术具备一定的局限性,难以实现实时监测和预警,很容易使高压电缆出现隐性缺陷,对高压电缆的稳定运行造成不利影响。25项反措要求指出,高压电缆宜安装在线监测测温装置,对于电缆隧道内恶劣环境下难以巡视的电缆进行实时监测,及时监测并预警高压电缆的故障,确保高压电缆能够稳定运行,从而保障电厂的安全生产。因此,对于高压电缆无线测温技术研究及应用的分析是很有必要的。
1.高压电缆无线测温技术研究分析
1.1无线测温技术的优势
对于运行环境较为恶劣,难以巡视的电缆隧道等重点区域电缆,需要配备在线监测测温装置,对高压电缆的运行状况进行进行监测与预警,避免电缆设备出现故障,保障工作人员的人身安全,确保电厂的安全稳定运行。具体而言,无线测温技术在高压电缆监测中具备如下优势:
第一,无线测温技术主要通过多种无线传感器进行高压电缆运行参数的采集,具备较高的安全性及可靠性,不会对高压电缆造成负面影响,也不会受到电力电压等级的不利影响;第二,无线测温技术使用的计算方法具备较高的科学性,可以对高压电缆的温度及温升进行科学合理的判断分析,大大提高了故障预警的准确性;第三,在高压电缆受到温度的不利影响时,无线测温技术可以有效地对温度状况进行分析及预测,从而及早发现高压电缆存在的故障风险,确保维护人员做好高压电缆的维护工作;第四,当高压电缆发生故障时,无线测温技术可以及时报警,并帮助检修人员准确定位高压电缆的故障部位,提高检修人员的工作效率。
1.2无线测温技术的技术指标
一般来说,在线监测测温装置是基于无线测温技术设计而成的监测系统,主要包括无线传感器、无线接收设备、一体化总线式电源管理与通信设备以及监控平台这四个部分。在进行在线监测测温装置的设计过程中,技术人员需要注重系统的规范性及拓展性,并保障系统中无线设备的长期稳定运行。与此同时,技术人员需要根据无线测温技术的指标开展设计工作,具体的技术指标如下:
(1)无线传感器及接收装置均在2.4GHz的频率下进行无线传输通信。
(2)无线温度传感器选用非接触模式的无线红外温度传感器,以此保障在线监测测温装置的稳定运行。
(3)无线水位传感器需要注重液位探头的选择,需要应用316L不锈钢材质的探头,并保障其防护等级达到IP68。
(4)无线门磁传感器需要具备应急通道门开关状态的分析判断功能,还需要具备状态变化参数的记录功能。
(5)无线接收设备需要具备接收六万只以上传感器信号的能力,并支持蓝牙及WiFi连接功能,可与手机APP进行连接,确保电缆隧道的工作人员可以在手机中查看设备的监测状况,提升工作人员的应急能力。
(6)由于电缆隧道内不具备电源供应能力,技术人员需要为监测设备配备集中总线式电源,保障监测设备的正常运行。
(7)监测系统会通过缓存服务将各个传感器采集到的数据进行存储,后台应用可以通过缓存服务查询并获取采集数据,从而进行数据的加工、分析与处理;通过综合查询统计功能,为用户提供历史数据、告警及设备台账的查询服务,用户查询的数据能够导出为Excel表格;通过总览方式将高压电缆全部传感器的监测信息以图形方式进行展示,为工作人员进行高压电缆的管理提供帮助。
2.高压电缆无线测温技术的应用分析
高压电缆无线测温系统主要包括无线温度传感器、无线温湿度传感器、无线氧气传感器、控制主机以及无线数据传输基站组成。本文主要对无线测温技术中的关键技术进行分析,以此研究无线测温技术在高压电缆中的应用。
2.1微带天线的关键技术分析
第一,宽频带技术,无线传感器的天线大都为微带天线,工作效率相对较高,且分析方法较为成熟。和其他天线相比,微带天线的阻抗带宽相对较窄。比如,微带贴片天线的相对阻抗带宽要小于2%,需要通过宽频带技术充分发挥其作用。常用的宽频带技术包括降低Q值、附加阻抗匹配网络、修改等效谐振电路以及应用特殊馈电结构这四种,技术人员可以根据实际的状况,选择一种或者配合应用多种宽频带技术,以此提高微带天线的增益。
第二,圆极化技术,在使用微带天线进行圆极化波的生成时,要求生产两个空间正交、幅度一致、相位相差90°的线极化波。也就是说,两列波的圆极化需要满足三个条件:(1)两列波需要在空间内保持相互垂直状态;(2)两列波需要具备相同的幅度;(3)两列波始终要保持90°的相位相差。
第三,链路匹配技术,在通信链路中应用微带天线时,微带天线的匹配发挥着至关重要的作用。因为天线具备一定的互易性,所以本文主要分析接收天线的链路匹配问题。如果接收天线的输入阻抗为,接有终端阻抗为的负载,则接收天线的入射总功率能够由入射到整个接收天线有效面积的入射功率密度总和求得。接收天线对入射波功率的转换由天线的类型、阻抗失配及极化失配状态决定。
2.2微弱传感信号检测技术
在无线测温系统中,微弱传感信号检测技术主要包括前端采集处理以及后端数据分析与算法这两部分。前端采集处理部分属于模拟信号领域,应用的算法也是数字信号处理所用的算法。具体而言,对于微弱信号的处理主要是为了提高噪比,防止新的造成引进,这一目的需要通过滤波来实现,尽可能地降低噪声信号的复制,增加有用信号的幅值,以此凸显出有用信号,提升测温技术的有效性。和其他采集系统有所不同,前端处理部分主要通过信号的放大及滤波处理,完成微弱信号的采集与处理。
其中,信号放大主要是为了提高信号的抗干扰能力,因为信号传输过程中环境噪声信号是必然存在的,信号放大能够提高传输信号的幅值能量,从而降低环境噪声信号对传输信号的不利影响,以此提升抗干扰能力。但是在实际的信号传输过程中,原始信号中也存在环境噪声信号,或者信号放大难以消除噪声信号的不利影响时,需要通过滤波将某个频带的噪声去除掉,降低噪声信号的幅值,从而提高信噪比。另外,对于模拟信号而言,可以通过放大电压的方式实现信号的放大,常用的放大电压方法有三极管、运算放大器以及集成放大芯片,微弱传感信号的电压放大主要通过集成放大芯片实现,因为集成放大芯片的放大倍数相对较大,而且具备较强的抗干扰能力。
2.3无线测温技术中的节能技术分析
在高压电缆中应用无线测温技术时,技术人员需要注重测温系统的能耗,通过科学高效的节能技术,提高无线测温技术的经济性及绿色性。常用的节能技术包括以下几方面的内容:
第一,在系统的正常工作模式下,处理器经常处于满功耗运行状态,会产生大量的热量,增加能源浪费。因此,技术人员需要采用在处理器中应用节能技术,通过节能材料的应用,降低其能耗。比如,技术人员可以应用具备低功耗模式性能的高集成度MCU芯片;第二,技术人员可以将传统的电源管理芯片替换为转化效率更高的芯片,降低芯片的能源损耗;第三,在系统运行的过程中,如果没有数据发送或者接收时,在持续几秒后,系统可以自动进入到超低功耗运行模式,持续十分钟之后,系统可以自动进入到超低功耗停止模式,通过延长系统的深度睡眠时间,降低系统的能源损耗;第四,技术人员可以采用动态管理方法,对节点附近的监测数据的变化状况进行监测,如果数据出现变化时,能够实时将数据的变化状况反馈给MCU,使MCU唤醒电源管理模块,从节能模式转变为工作模式。
结论:综上所述,无线测温技术可以有效避免电缆设备出现故障,保障工作人员的人身安全。通过本文的分析可知,电厂的技术人员需要认识到无线测温技术得到重要作用,选择合理的无线测温技术进行在线监测测温系统及装置的设计,并在设计的过程中应用科学高效的节能技术,降低在线监测测温系统的能耗,保障在线监测测温系统作用的充分发挥。希望本文的分析可以为电厂的技术人员进行在线监测测温系统的研究提供帮助。
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