[发明专利]面向输电线路的温度检测传感器系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备的温度监测领域，具体地，涉及面向输电线路的温度检测传感器系统。

背景技术

在电力设备状态监测众多监测量中，温度是最为关键的检测量之一。通过温度监测，可及时准确地了解电力设备的运行状态与故障信息。监测电力设备的运行温度，如变压器的油温，输电线路（架空线及电力电缆）的导体温度可推算其负载极限容量和设备老化程度，从而为电力设备动态增容或维修更新提供依据。监测发电机的定转子、高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关、断路器触头、电容器、电抗器、高压电缆、变压器等处的温度，能及时发现在其出现异常情况或者故障时所伴随的局部或整体的过热或温度分布相对异常，也可为故障分析提供历史资料。

现有针对电力设备温度监测主要有红外测温、有源无线测温以及分布式光纤测温等技术方案。红外测温受环境条件因素影响较大，方案造价也高；有源无线测温方案，现在一般采取电池或是电流互感器（CT）取电后为测温芯片供电，传感距离非常远。但在高温、超低温、强电磁场等恶劣环境下，电池和电子元件的寿命都存在问题。采取CT取电方式的有源传感器，因CT取电的线圈有安装位置要求，在线路故障状态下也无法供电，其应用同样具有很大的局限性。光纤测温属于有线测温方式，测量高电压一次侧的光纤或其护套存在对地绝缘性问题。同时光纤具有易折，易断的特性。另外光纤传感器设备造价较高。

基于声表面波（surface acoustic wave,简写为SAW）技术的无线温度传感器利用的是压电材料，具有纯无源、无线特性，无须考虑传感器供电、高电压绝缘、设备旋转等问题；可耐受高温和低温（～-200～1000℃）；其不牵涉半导体材料中电子的迁移过程，寿命长、抗放电冲击和抗电场、磁场等干扰能力强；传感器尺寸小（厘米级），重量轻，易于结构设计与安装。由此可见，SAW无线传感技术为电力设备的温度监测提供了一个具有广阔应用前景的理想技术平台。

但目前研制的SAW无线传感阵列还不能完全满足智能电网和特高压应用中对温度监测的需求，表现出的问题主要包括：

问题1：作用距离不够。以架空线路动态增容的温度监测为例，若以安装的SAW阅读器为球心来考虑，作用半径至少在30米左右。美国Sengenuity公司研制的用于开关柜温度监测的SAW无线传感器测温作用距离只在2米之内。德国Brunsbüttel,Preussen Elektra公司和Darmstadt工业大学在上世纪90年代末研制的用于电力传输线、半导体氧化物避雷器以及隔离开关合闸是否到位等应用的SAW无线温度测量系统作用距离可达10米，但要在电力设备监测中推广应用，其作用距离仍需进一步提高。

问题2：同时检测的温度点数量不够。在输电线路监测中，考虑同一杆塔上一回交流高压输电线路的三相，如果在塔两侧所接输电线上安装，考虑多回线路同杆情形及导线温度模型推算需要所进行的环境温度监测等情况，传感器的数量则至少在7个以上。变压器油温、开关柜温度及其他电力设备的温度监测要求对传感器数量要求相似。美国Sengenuity公司研制的用于开关柜温度监测的SAW无线传感阵列中传感器数量可达6个（采用3个天线，实施空分复用后可达18个），但占据20MHz带宽，远远超过433MHz频段允许的1.87MHz带宽要求。国内华中科技大学、上海交通大学、重庆大学以及中科院声学所等单位研制的电力测温的SAW无线传感器也属于该工作方式。

问题3：传感器抗干扰性能有待提高。随着“智能电网”中无线传感器的广泛应用，传感阵列受突发性、带内同频干扰影响的可能性大大增加；在“智能电网”的各种应用场合下，不同场景的频率选择性衰落、多径效应、气候环境等影响也各不相同，可能造成无源传感器无线链路中断，回波数据丢失或者由于信噪比很差造成测量野值。这些因素都严重地影响到传感阵列的可靠性，可能造成误报警甚至继电保护误动作。