配網(wǎng)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

手機看文章

掃描二維碼
隨時隨地手機看文章

[導讀]摘要:針對配網(wǎng)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(shù)實現(xiàn),在結(jié)構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)運行,導致重大事故。

傳統(tǒng)測溫技術(shù),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(shù)優(yōu)勢

基于聲表面波（sAw）器件的電纜溫度傳感器,結(jié)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(shù),該技術(shù)是智能電網(wǎng)高壓設備實時溫度監(jiān)測技術(shù)上的重大突破。

產(chǎn)品的技術(shù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(wǎng)設備進行監(jiān)測。

傳感器采用以上所述基于聲表面波技術(shù)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(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1拆裝式溫度傳感器結(jié)構(gòu)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?qū)崿F(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(nèi)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(jié)構(gòu),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(diào)節(jié)裝置拆卸安裝。通過巧妙的結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)裝置調(diào)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)置的測溫傳感器進行對比。

(1）選取25h溫度,在溫循箱內(nèi)運行1h,記錄溫度。

(2）將溫度升溫至5o℃,在溫循箱內(nèi)運行1h,記錄溫度。

(3）將溫度升溫至75℃,在溫循箱內(nèi)運行1h,記錄溫度。

結(jié)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℃?？紤]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(wǎng)運行約36h。分析數(shù)據(jù)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。