無源無線測溫技術的發展前景

  電力系統是一個由眾多發電、輸電、變電、配電及用電設備連接而成的大系統，電力設備的故障不僅會造成供電系統意外停電而導致電力企業經濟效益減少，而且有可能造成用戶的重大經濟損失，因此這些設備的可靠性及運行狀況直接決定了整個電力系統的穩定和安全，也決定了電力企業的經濟效益及供電質量和可靠性。

  對電力設備進行在線監測，并借助各種先進的計算方法對監測數據進行分析，以便及時發現設備的故障隱患，采取預防措施，實現科學的設備故障診斷和狀態檢修，對電力系統運行的可靠性、安全性具有重要意義。隨著在線監測技術不斷發展和成熟，以及在線監測技術近年來在我國電力系統的成功應用，狀態檢修替代定期檢修已被電力系統所接受和認同，成為設備檢修的必然趨勢。國家電網公司早在2010年頒發了《變電設備在線監測系統技術導則》并開始推廣實施設備狀態檢修，提升設備智能化水平，推廣應用智能設備和技術，實現電網安全在線預警和設備智能化監控。

  目前，在線監測主要以變電站一次設備為主，包括有：電容性設備的電容量、介損在線監測;金屬氧化物避雷器的全電流、阻性電流在線監測;變壓器本體絕緣油色譜在線監測、本體超高頻局放在線監測、套管局放、介損在線監測、有載開關動態特性在線監測;GIS超高頻局放在線監測、微水在線監測;開關機械特性監測及六氟化硫氣體密度在線監測等。

  目前，針對電力設備溫度監測大都采用傳統的示溫蠟片法和紅外測溫儀定期測量的方式，這兩種方式存在以下問題：

  (1)示溫蠟片法，易老化和脫落，溫度指示范圍窄，精確度低，人工操作，無法實現自動化管理;

  (2)紅外測溫儀只能直線點檢測，受環境影響測量精度，且經常受遮攔而無法測量;

  (3)需人工定期巡視，工作強度大，需近距離測溫，安全系數低;

  (4)非在線式溫度監測，不能反映溫度的變化過程和及時發現設備異常。

  因此，傳統的離線式溫度監測方法已經無法滿足如今電力生產高效以及電力運行安全、可靠的要求，迫切地需要尋找在線監測技術手段，對電力設備運行溫度進行在線監測，及時發現電力設備運行溫度異常狀況，避免電力設備損壞和電力事故的發生。同時，對電力設備溫度進行在線監測，進一步完善了電力設備狀態在線監測的監測范圍，為電力設備狀態檢修提供了表征設備運行狀況的重要參數，對電力設備甚至整個電力系統的安全運行具有重大意義。

  電力設備溫度在線監測技術發展趨勢

  電力設備溫度在線監測技術一般由先進的傳感器技術、通訊系統、計算機與信息處理技術、專家分析系統及系統數據信息庫組成。隨著科學技術的不斷發展，電力設備溫度在線監測技術向著自動化、智能化、實用化的方向發展。

  物聯網技術的應用

  物聯網技術被視為繼計算機、互聯網之后的下一次信息技術浪潮和新技術的引擎，我國已經將物聯網技術作為國家新興戰略產業之一，并明確提出物聯網將融入到智能電網的建設中。所謂物聯網，即通過射頻識別(RFID)、全球定位系統(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備，把物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、監控和管理的一種網絡。物聯網具有對系統及環境實時信息感知、通過網絡的融合與協同進行信息的實時傳輸和共享實現可靠互聯、對海量的感知信息進行數據智能分析處理的特征。

  面向電力設備溫度在線監測的物聯網架構分為三層，感知層、網絡層、應用層。

  感知層采集電力設備的實時溫度數據，其基礎技術主要包括傳感器技術、短距離傳輸技術等。傳感器技術主要采用各種溫度傳感器，如接觸式溫度傳感器、紅外溫度傳感器等，溫度傳感器直接安裝在電力設備上;短距離傳輸技術需要考慮高低壓絕緣隔離，對于電力設備溫度監測系統，主要采用無線通信技術，如Zigbee通信、2.4G/433M無線通信等。

  網絡層支撐感知層和應用層之間的信息傳輸以及數據通信。網絡層與感知層之間通過無線通信獲取感知層溫度傳感器的信息;對于網絡層與應用中的通信，鑒于對數據安全性、傳輸可靠性、數據實時性的要求，物聯網的信息傳遞主要依靠電力通信網來實現，以電力光纖網為主，以電力線載波通信網、數字微波網為輔。

  應用層對采集到的各電力設備的溫度數據進行分類、綜合、轉換、分析、決策、共享，其重點是構建為能為不同應用提供服務的智能化平臺，能夠提供各種異常報警、趨勢分析、在線診斷、數據共享等服務。

  物聯網技術的應用，是實現電力設備溫度在線監測的基礎，同時也可以提高電力設備溫度在線監測系統的可靠性、安全性、實時性。

  無源傳感技術，取代電池供電

  電力設備溫度在線監測技術中的傳感器是實現溫度感知的部分，采用無線通信的溫度傳感器供電渠道主要以電池為主。溫度傳感器通常工作在高壓大電流的環境下，電磁環境惡劣，對電池的工作壽命有較大的影響，且電池容量有限，需要定期更換和維護;另外電池在高溫環境下，容易出現事故，有一定的安全隱患問題。因此，溫度傳感器的供電問題嚴重制約了電力設備溫度在線監測技術的發展。

  隨著傳感器技術的發展，為了突破電池供電帶來的問題障礙，采用電場取電、磁場取電、射頻供電、溫差供電、聲表面波技術等無源傳感技術脫穎而出，已經被視為電力設備溫度在線監測傳感器的技術發展方向，無源傳感器技術不需要電池供電，優勢明顯：

  (1)采用無源傳感器技術的溫度在線監測傳感器可以在電力設備生命周期內免維護，提升了電力設備溫度在線監測系統的可靠性。

  (2)不需要電池，沒有高溫的安全隱患，安全性高;同時，能夠持續對電力設備的高溫進行監測，讓用戶能夠在事故發生前及時發現設備隱患和故障。

  (3)無源傳感技術的應用，能夠大量減少電池的使用，減少了電池帶來的各種污染，對環境保護做出了貢獻，具有一定的社會價值。

  點線面結合，溫度監測

  所謂點線面結合，實際是根據不同電力設備的特點和重要程度，對其采用不同的溫度監測方式，以此來達到好的解決方案。

  點測溫，主要針對開關柜內的觸頭、母線和電纜的連接點等位置，這些地方容易出現溫度異常且難以通過外部設備進行溫度監測，在這些地方安裝溫度傳感器，實現溫度在線監測的目的。

  無線測溫，主要針對高壓電力電纜類設備的溫度在線監測，在發電廠、變電站的電纜夾層、電纜溝、大型電纜隧道的高壓電力電纜如果發生溫度過熱可引起火災導致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時間內無法恢復生產，造成重大經濟損失。目前，針對電力電纜的溫度在線監測主要采用分布式光纖測溫技術，光纖具有絕緣、耐腐蝕、耐高溫、免疫電磁干擾等技術特點，分布式光纖測溫可實現對整條高壓電力電纜的溫度在線監測，測溫精度和靈敏度高，并能對各個測溫點進行定位，一旦溫度異常，能夠快速找到故障點，避免火災等事故的發生。

  無線測溫，主要針對發電機組、變壓器等重要電力設備，采用紅外熱成像技術實現對整個設備的溫度監測。國家電網公司在2014年發布的《國網運檢部關于印發變電設備在線監測裝置質量提升方案的通知》中，明確提出變電站應優先發展智能機器人紅外巡檢，即采用紅外熱成像技術對電力設備進行巡檢，紅外熱成像技術具有直觀、高效、防漏的技術特點，能夠監測電力設備的整體溫度分布，能夠快速發現溫度異常點，為設備檢修提供依據。由于紅外熱成像技術造價高，通常對重要的電力設備進行紅外熱成像溫度在線監測，或采用周期性巡檢的方式進行溫度監測。目前，國家電網公司已經在浙江等省份推廣變電站智能巡檢機器人，對變電站各種電力設備進行周期性巡檢。

  通過以上三種溫度監測方式的結合，很大程度上可以對各種電力設備進行監測，真正做到無死角監測，對設備的安全運行提供技術保障。

  電力設備狀態在線監測技術特別是溫度在線監測技術，是智能電網未來發展的技術之一，有助于電力企業提高電力設備的安全運行水平和經濟效益水平。隨著科學技術的發展，電力設備溫度在線監測技術將向著智能化和實用化的方向發展，與物聯網、移動應用等技術的結合將是未來發展的趨勢。