无线无源温度检测原理教学提纲.docx

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无线无源温度检测原理教学提纲

无线无源温度检测原理

无线测温技术方案

（基于EH技术）

1.EH技术说明

1.1. EH技术简介

环境能量采集（EnergyHarvesting）技术具有可循环、无污染、低能耗等优点，它建立在微电子技术和微功耗技术的基础上，是近几年发展起来的一门新兴学科，它涵盖了太阳能、风能、热能、机械能、电磁能采集等诸多方面。

能量收集技术应用范围极其广泛：

交通、能源、物联网、航空航天、生物等等。

把能量采集技术应用到电力设备的在线监测是一个前所未有的创新，必将为解决电网智能化运行提供一个全新的平台。

能量收集（EH）也称为能量积聚，使用环境能量为小型电子和电气器件提供电能。

能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。

能量收集模块从光、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。

可能的能源还来自手机天线塔等发出的射频。

然后，电源经过调节并存储起来。

系统随后按照所需的间隔触发，将能量释放给后续负载使用。

1.2.EH技术应用

在变电所、站的运行现场具有丰富的电磁能，对于电压高电流小的场源（如发射天线、馈线等），电场要比磁场强得多，对于电压低电流大的场源（如某些感应加热设备和模具），磁场要比电场大得多。

因此我们认为高压设备内是一个工频电场和磁场能量非常密集的区域。

我们正是利用微电子技术、低功耗技术以及能量管理技术收集高压设备中的电磁能，并将其能量转化为无线温度传感器所需之电源。

将EH技术应用于高压设备一次回路的无线测温，解决了传感器的能量需求问题，使得传感器摆脱了对传统电池的束缚，体积更小，可靠性更高，安装更方便，维护更简单，产品更环保，技术更先进。

2.基于EH技术的富邦电控FTZ600无线测温系统

2.1.    无线测温系统简介

我公司的无源无线测温系统主要有三部分构成：

无线测温传感器、无线温度接收终端、数据服务器及后台；

效果结构图如下所示：

接收终端在系统中承担着数据中继功能，它接收到传感器的数据之后再通过光纤、485或者无线等方式传输给数据后台，他们形成了系统的网络层。

数据到达后台后，用户可以通过浏览器方式监测现场每个传感器的实时温度、历史曲线，如果出现超温情况，可以快速定位并及时通知相关人员。

这就是系统的应用层。

3.无线测温系统单元介绍

3.1.无源无线温度传感器

目前我公司研发多种无线温度传感器既能满足室内开关柜无线测温，也可以满足户外变压器、轴承、隔离刀闸等设备无线测温要求。

我公司的无源无线温度传感器是基于美国TI公司的无线数字通信技术及低功耗技术、EH技术而研制的高性能产品，新一代无线温度传感器采用了多重抗干扰措施以及特有的软件算法，其最大的优势在于不再需要电池供电，彻底解决电池后期维护频繁、寿命有限的问题；而且体积小巧，安装方式灵活多样，将开关柜温升监测提升到一个新的高度。

考虑不同环境的适用性，目前该温度传感器系列应用较广泛的有两款（FB-SW-02、FB-SW-01）FB-SW-02型无源无线温度传感器体积小，可适合于国内外高压设备室内及户外动静触头、隔离刀闸、断路器、母排、电缆连接处的温度的测量；适合于低压抽屉柜输入输出回路连接处或各接头处温度的测量；安装方便、安全、灵活。

FB-SW-01型无源无线温度传感器发射距离大，在空旷距离条件下，传输距离可达2000m；可适用于户外架空电缆，高压变电站户外场地间隔内设备各结构的温度监测；包括户外电流互感器、户外隔离开关、户外断路器以及变压器等；

 3.1.1. FB-SW-02型无线温度传感器参数如下表所示：

工作环境

-45~+125℃，<99%RH

防护等级

IP68（最高防护等级）

工作频段

433MHz

发射功率

<10dbm

传输距离

220m（空旷距离）

视距，实际情况据现场条件而定

测温方式

接触式

体积轻小，优先安装动触头

测温范围

-45~+125℃

测量精度

±1℃

测量间隔

5S

发送间隔

10～60S

温度越高发送间隔越短

休眠功耗

<3.0uA

发射功耗

<15mA

供电方式

能量收集

电磁能收集（无源）

使用寿命

10年

可维护性

后期基本免维护

外形尺寸

27.3×22×9.8mm

传感器主体尺寸

安装方式

固定式

可安装动、静触头以及母排、电缆进出线端口、隔离刀闸等位置。

 3.1.2.    FB-SW-01型无温度传感器参数如下表所示：

工作环境

-40~+85℃，<95%RH

防护等级

IP68（最高防护等级）

工作频段

433MHz（免申请）

发射功率

<13dbm

传输距离

2000m（空旷距离）

视距，实际情况据现场条件而定

测温方式

接触式

体积轻小，优先安装动触头

测温范围

-45~+125℃

测量精度

±1℃

测量间隔

5S

发送间隔

10～60S

温度越高发送间隔越短

休眠功耗

<8.0uA

发射功耗

<120mA

供电方式

能量收集

电磁能收集（无源）

使用寿命

10年

可维护性

后期基本免维护

外形尺寸

148×74mm

传感器主体尺寸

安装方式

固定式

可安装在户外架空电缆接头、户外电流互感器、户外隔离开关、户外断路器以及变压器等设备上

3.2. 无线接收终端

FB-ANT无线温度接收终端是在上一代产品基础上研制的新产品，与上一代及其他公司的类似产品比较，我们的产品具备更强大的功能和可靠的性能，双光口、双无线、双485、单网口，光纤可以直接接入我们产品，亦可采用多通讯口实现数据中继功能。

无线接收终端的参数如下表所示：

工作环境

-40～85℃,<95%RH

供电方式

AC220V或DC220V

整机功耗

<8W

尺寸大小

120×180mm

上行RS-485

两路

可配置

上行光口

两路

可配置

上行网口

一路

可配置

上行速率

4kbps

下行信道

无线

无线频段

433MHz

接收灵敏度

-110dbm

下行速率

10kbps

传感器点数

9点

可选

显示方式

LCD

温度变化曲线

2小时

超温报警

有

报警门限

可设

声光报警及输出

有

本地温、湿度

可配

安装方式

壁挂式、嵌入式

可选

通讯协议

Modbus、IEC61850

可选

通讯方式

以太网、RS485、光纤

可选

3.3.无线监控后台

我们的无线测温后台采用国内品牌工控机或者由客户指定型号的计算机，后台软件采用B/S结构，具有独立的软件著作权。

具有人机界面友好、操作方便、数据全面、功能完善的特点，同时还可实现短信报警和Web访问功能。

监控后台的参数如下：

配置机型

按客户需求或知名品牌工控机

可选

工作环境

-40～85℃,<95%RH

供电方式

AC220V或DC220V

可选

显示要求

实时温度、历史曲线、超温报警、一次图

报警功能

具有高温告警短信通知功能

通讯功能

串口、以太网口、modbus协议、IEC61850协议

可选

可访问性

可通过浏览器访问

数据容量

可接入不少于60000只温度传感器，并记录数据

软件系统

SPV2.0系统，BS结构

全局图可以一目了然分辨出传感器温度正常、超温、故障；

历史曲线图可以记录各个电气节点的温升曲线变化，辅助电网分析柜体的运行状态以及潜在隐患；

4.产品优越性

4.1. 无源无线测温系统的特点

4.1.1. 技术要点

器件选用：

无线温度传感器关键器件采用国际进口器件；

独特技术：

全向性天线、多层屏蔽、多层PCB、低功耗；

权威检测：

国家继电保护中心

通讯标准:

我公司的系统支持Modbus、IEC61850通讯协议。

电磁兼容性（EMC）：

GB/T17626标准，静电、群脉冲、浪涌IV级规范

环境试验规程：

GB2423标准，高低温交变湿热环境试验

工频高压试验：

100kV/15min

工频磁场试验：

5000A/m

4.1.2.与其它产品类比特点

我公司无源无线温度传感器与其它常见测温设备性能比较如下表所示：

测温方法

技术规格

红外测温

有源无线测温

CT取电测温

无源无线测温

供电方式

有线供电

电池供电

CT取电

能量收集

传输方式

有线传输

无线传输

无线传输

无线传输

测温方式

红外线

接触式

接触式

接触式

测温精度

±2.0℃

±1.0℃

±1.0℃

±0.5℃

响应速度

稍慢

快

快

快

尺寸大小

稍大

较小

大

极小

安装方式

固定于柜壁

固定于发热点

固定于发热点

固定于发热点

适用性

柜内裸露部位测温

母排、静触头等

母排，静触头等

动触头、母排等

影响因素

镜头需要调焦和对准发热点，物距比直接影响精度，套管、柜壁等阻挡其测量，振动、尘土影响其测量

受电池寿命和高温特性制约，体积稍大，关键部位不能安装，测量间隔长

母线电流大于50A时才能工作，

母线电流过大时自身发热严重，故障率高

母线电流大于5A可工作

安装维护

需要对准发热部位，需在开关柜上钻孔，需要在布线连接，定期除尘、对准

无需布线和破坏结构

需要更换电池

安装方式麻烦，需按测点尺寸选配不同型号

后期维护频繁

无需布线和破坏结构

基本免维护

备注：

相比无源无线测温方式，其它的测温方式均有一些不足或者隐患。

4.1.1.1.      红外测温弊端：

4.1.1.1.1.   红外测温探头安装固定条件要求苛刻，体积较大，许多柜内发热点温升状态不能有效监测。

4.1.1.1.2.   测温精度容易受到柜内障碍物、灰尘、距离等影响，且需要定期维护清洁测温探头。

4.1.1.1.3.   测温主机一般使用有线式供电，给一次系统安全间距带来隐患。

4.1.1.2.      使用电池供电的弊端：

4.1.1.2.1.   高温下电池寿命大大降低，实际寿命很难计算；如大量使用，则需要频繁停电更换电池。

4.1.1.2.2.   电池长期处于高温状态下会存在使用寿命减退甚至失效的隐患，给一次系统运行安全带来隐患。

4.1.1.2.3.   为了防止电磁场干扰设备和影响电池，一般必须使用屏蔽盒，这样增加了传感器尺寸给安装带来一定的困难。

4.1.1.3.     使用CT取电测温的弊端：

4.1.1.3.1.    需要提前确定线圈尺寸大小，且体积较大。

4.1.1.3.2.    线圈安装麻烦，需要停电较长时间。

4.1.1.3.3.   CT线圈会引入一些干扰和电压波动（有时甚至高至数百伏电压），造成传感器工作不稳定，且故障率高，给后期维护带来一定工作量。

4.1.1.3.4.   运行条件较为严格，最低取电工作电流通常需要50安培以上，盲区大。

4.1.1.4.  无源无线测温优点：

4.1.1.4.1.     EH技术取电，能源清洁、绿色无污染，运行条件广泛（负荷5A以上即可稳定运行），盲区小，不会带来干扰。

4.1.1.4.2.     体积小巧，可灵活安装在动触头、静触头、母排、电缆进出线及其它潜在发热点。

4.1.1.4.3.     安装紧固材料为合金带，相比于硅胶带、尼龙扎带、CT环，它具有耐高温、防老化、导磁、耐候等特性能够使用于各种气候环境

4.