配网运行设备电缆温度传感器的研制

1概述

1.1背景概述

配网运行设备的电缆或电缆与母排的连接处如果接触不好或设备老化,存在触点高温的安全隐患,严重情况下会造成运行设备不能正常在网运行,导致重大事故。

传统测温技术,离线巡检用红外设备价格昂贵,需要用户定时巡检,人工成本高昂,且不能保障设备在线运行实时的安全性:有源在线温度监测设备,采样有源传感器存在电池供电的安全隐患,安装有源传感器,在为用户解决问题的同时,也带来了安全隐患。

相比有源温度传感器,基于声表面波的温度传感器后续维护成本低廉,能够长期工作在高温环境,对测温场景要求低,能够适应各种测试场景。

1.2技术优势

基于声表面波(SAw)器件的电缆温度传感器,结合无线智能读写装置,实现温度信息的采集与传输,电缆温度传感器安装在被测点上,无需连线即可将被测点的温度信息传送出去。而传感器本身无需电源供电,亦无需从电力装备上取电,因而具有优越的安全性、可靠性和可维护性。作为高电压设备安全在线监测方面一项颠覆性的技术,该技术是智能电网高压设备实时温度监测技术上的重大突破。

产品的技术特点如下:

(1)无线传送温度信息:

(2)无需电池及取电装置:

(3)无IC电路:

(4)体积小、重量轻、安装简易:

(5)不受高温、高电压、强电磁场环境影响,可靠性高:

(6)实时在线,测温精度高:

(7)工作温度范围宽:

(8)工作寿命长达20年以上:

(9)安装后几乎终生免维护。

拆装式温度传感器提供了一种无需供电、无需铺设线缆、抗干扰能力强和绝缘等级高的用于电缆或母排安装的温度传感器,在结构和绝缘工艺上实现了在交流200V至交流110kV电缆或母排安装上的结构适配和绝缘等级的适配,极大地简化了温度传感器的安装,提高了温度传感器在一次设备上运行的可靠性。

2拆装式温度传感器设计实现说明

2.1设计概述

拆装式温度传感器提供了一种无需供电、无需铺设线缆、抗干扰能力强和绝缘等级高的用于母排或电缆温度测量的传感器。

拆装式温度传感器包括基座、声表面波传感器芯片、天线、保护壳体,声表面波传感器芯片和天线连接,基座设有用于安装在平面上的螺纹孔和可拆卸安装的电缆安装环。传感器设计合理、结构简单,通过螺纹孔和可拆卸安装的电缆安装环可安装于平面或电缆上,适配多种情况,能有效对配网设备进行监测。

传感器采用以上所述基于声表面波技术的温度传感器芯片,传感器芯片焊接在PCB板卡上。传感器采用螺旋天线,提供高增益射频性能。传感器外壳具有阻燃和高绝缘适配性,选用环氧树脂材料实现。

拆装式温度传感器组成结构如图1所示。

图1拆装式温度传感器结构图

1—基座2—保护外壳11—传输天线12一声表面波芯片

2.2部件设计说明

传感器选用高0值的声表面波芯片,具有高增益性能,其设计说明在此不做重点描述。

2.2.1保护外壳部分实现说明

外壳采用环氧树脂材料实现,能够实现高达110kV的绝缘隔离,本材料具有高抗冲击性、高耐热性及高绝缘性的特点。高抗冲击性能够有效保护壳体内芯片和PCB板卡:高耐热性耐热温度高达280C,能够适用于温度测量应用环境:高绝缘性能达到110kV,使电缆温度传感器可以安装到不同安全等级的高压部件上。

2.2.2电缆安装环实现说明

电缆安装环设计为两段式结构,分为第一安装环和第二安装环,第一安装环的一端与第二安装环的一端通过基座紧固件固定连接,第一安装环的自由端与第二安装环的自由端通过环长调节装置拆卸安装。通过巧妙的结构设计可以改变电缆安装环的直径尺寸,电缆安装环通过环长调节装置调节,连接状态下的环直径范围为20.80mm。

电缆安装环结构如图2所示。

图2电缆安装环结构图

3一电缆安装环31一基座紧固件32一环长调节装置

3拆装式温度传感器测试报告

3.1温度线性度对比

选取25℃、50℃、75℃这3个温度点,验证电缆温度传感器的线性度及稳定性。

在温循箱内进行恒温对比测试。

在每个温度点用温循箱烘1h,待温度恒定,和温循箱内置的测温传感器进行对比。

(1)选取25℃温度,在温循箱内运行1h,记录温度。

(2)将温度升温至50℃,在温循箱内运行1h,记录温度。

(3)将温度升温至75℃,在温循箱内运行1h,记录温度。

结论:通过温循箱对比,可以看出,电缆温度传感器的一致性较好,信号高于40dB的电缆温度传感器的温度与温循箱的温度对比一致。在50℃时电缆温度传感器温度为49.5℃,相差0.5℃。在75℃时,探头稳定温度为74℃,相差1℃。考虑到测试系统本身的测温精度,认为电缆温度传感器可以满足用户精度要求。

3.2系统长期运行稳定性测试

将系统在同一环境下定标后,挂网运行约36h。分析数据的稳定性及其随昼夜温差的变化的特性。图3~5所示为长期运行趋势图。

图31#长期运行趋势图

图42#长期运行趋势图

图53#长期运行趋势图

结论:在长期稳定实验中,电缆温度传感器温度数据一直保持一致,温度稳定性和长期运行可靠性得到验证。

4结语

综上所述,拆装式温度传感器实现了对配网运行设备的温度测量,能够快速部署到不同安装部件上,可以具有高达110kV的绝缘隔离特性。拆装式温度传感器助力了智能配电网的快速部署和实施。

拆装式温度传感器能够长时间可靠运行并保持高精度的测量精度,其应用提高了配网运行设备的可靠性,能够为配网设备可靠运行保驾护航。