配網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備電纜溫度傳感器的研制

時(shí)間：2022-09-18 00:54:22

關(guān)鍵字：聲表面波芯片溫度監(jiān)測(cè) 拆裝式溫度傳感器

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[導(dǎo)讀]摘要:針對(duì)配網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備設(shè)計(jì)了一種拆裝式溫度傳感器,其基于聲表面波技術(shù)實(shí)現(xiàn),在結(jié)構(gòu)和絕緣設(shè)計(jì)上適配目前所有110kV以下進(jìn)出線電纜和母排接觸點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)。相對(duì)于傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方式,其既能達(dá)到在線監(jiān)測(cè)設(shè)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(yùn)行設(shè)備的電纜或電纜與母排的連接處如果接觸不好或設(shè)備老化,存在觸點(diǎn)高溫的安全隱患,嚴(yán)重情況下會(huì)造成運(yùn)行設(shè)備不能正常在網(wǎng)運(yùn)行,導(dǎo)致重大事故。

傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù),離線巡檢用紅外設(shè)備價(jià)格昂貴,需要用戶定時(shí)巡檢,人工成本高昂,且不能保障設(shè)備在線運(yùn)行實(shí)時(shí)的安全性:有源在線溫度監(jiān)測(cè)設(shè)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(shí),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(hù)成本低廉,能夠長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境,對(duì)測(cè)溫場(chǎng)景要求低,能夠適應(yīng)各種測(cè)試場(chǎng)景。

1.2技術(shù)優(yōu)勢(shì)

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(shí)現(xiàn)溫度信息的采集與傳輸,電纜溫度傳感器安裝在被測(cè)點(diǎn)上,無需連線即可將被測(cè)點(diǎn)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(hù)性。作為高電壓設(shè)備安全在線監(jiān)測(cè)方面一項(xiàng)顛覆性的技術(shù),該技術(shù)是智能電網(wǎng)高壓設(shè)備實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)上的重大突破。

產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)如下:

(1)無線傳送溫度信息:

(2)無需電池及取電裝置:

(3)無IC電路:

(4)體積小、重量輕、安裝簡(jiǎn)易:

(5)不受高溫、高電壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境影響,可靠性高:

(6)實(shí)時(shí)在線,測(cè)溫精度高:

(7)工作溫度范圍寬:

(8)工作壽命長(zhǎng)達(dá)20年以上:

(9)安裝后幾乎終生免維護(hù)。

拆裝式溫度傳感器提供了一種無需供電、無需鋪設(shè)線纜、抗干擾能力強(qiáng)和絕緣等級(jí)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(shí)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(jí)的適配,極大地簡(jiǎn)化了溫度傳感器的安裝,提高了溫度傳感器在一次設(shè)備上運(yùn)行的可靠性。

2拆裝式溫度傳感器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)說明

2.1設(shè)計(jì)概述

拆裝式溫度傳感器提供了一種無需供電、無需鋪設(shè)線纜、抗干擾能力強(qiáng)和絕緣等級(jí)高的用于母排或電纜溫度測(cè)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(hù)殼體,聲表面波傳感器芯片和天線連接,基座設(shè)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(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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(shí)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—基座2—保護(hù)外殼11—傳輸天線12一聲表面波芯片

2.2部件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)說明在此不做重點(diǎn)描述。

2.2.1保護(hù)外殼部分實(shí)現(xiàn)說明

外殼采用環(huán)氧樹脂材料實(shí)現(xiàn),能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)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(diǎn)。高抗沖擊性能夠有效保護(hù)殼體內(nèi)芯片和PCB板卡:高耐熱性耐熱溫度高達(dá)280C,能夠適用于溫度測(cè)量應(yīng)用環(huán)境:高絕緣性能達(dá)到110kV,使電纜溫度傳感器可以安裝到不同安全等級(jí)的高壓部件上。

2.2.2電纜安裝環(huán)實(shí)現(xiàn)說明

電纜安裝環(huán)設(shè)計(jì)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(zhǎng)調(diào)節(jié)裝置拆卸安裝。通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)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。

圖2電纜安裝環(huán)結(jié)構(gòu)圖

3一電纜安裝環(huán)31一基座緊固件32一環(huán)長(zhǎng)調(diào)節(jié)裝置

3拆裝式溫度傳感器測(cè)試報(bào)告

3.1溫度線性度對(duì)比

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

在溫循箱內(nèi)進(jìn)行恒溫對(duì)比測(cè)試。

在每個(gè)溫度點(diǎn)用溫循箱烘1h,待溫度恒定,和溫循箱內(nèi)置的測(cè)溫傳感器進(jìn)行對(duì)比。

(1)選取25℃溫度,在溫循箱內(nèi)運(yùn)行1h,記錄溫度。

(2)將溫度升溫至50℃,在溫循箱內(nèi)運(yùn)行1h,記錄溫度。

(3)將溫度升溫至75℃,在溫循箱內(nèi)運(yùn)行1h,記錄溫度。

結(jié)論:通過溫循箱對(duì)比,可以看出,電纜溫度傳感器的一致性較好,信號(hào)高于40dB的電纜溫度傳感器的溫度與溫循箱的溫度對(duì)比一致。在50℃時(shí)電纜溫度傳感器溫度為49.5℃,相差0.5℃。在75℃時(shí),探頭穩(wěn)定溫度為74℃,相差1℃。考慮到測(cè)試系統(tǒng)本身的測(cè)溫精度,認(rèn)為電纜溫度傳感器可以滿足用戶精度要求。

3.2系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性測(cè)試

將系統(tǒng)在同一環(huán)境下定標(biāo)后,掛網(wǎng)運(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)行趨勢(shì)圖。