臺(tái)德群 彭乃勇 易凡

摘要：配電線路是電力裝備系統(tǒng)的重要構(gòu)成，其在保證用戶用電安全性、推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。溫度是影響配電線路運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素之一，應(yīng)加強(qiáng)線路運(yùn)行溫度的檢測(cè)，保證相關(guān)調(diào)整方案擬定的針對(duì)性、實(shí)施的有效性。現(xiàn)如今，傳統(tǒng)測(cè)溫儀器在應(yīng)用過程暴露出很多不足，基于此本文設(shè)計(jì)了一種新型配電線路設(shè)備測(cè)溫裝置。

關(guān)鍵詞：配電線路;設(shè)備測(cè)溫裝置;方案構(gòu)成;設(shè)計(jì)與研究

電能在長(zhǎng)距離運(yùn)輸過程中，導(dǎo)線的熱容量對(duì)配電的最高標(biāo)準(zhǔn)形成直接影響。故而，為保證配電線路運(yùn)行的安全性、有效性，加強(qiáng)溫度測(cè)量具有很大現(xiàn)實(shí)意義，而測(cè)溫裝置在設(shè)備溫度測(cè)量過程中發(fā)揮重要作用。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)溫裝置在運(yùn)行過程中存在的不足，本文設(shè)計(jì)了一種新型測(cè)溫裝置[1]。實(shí)踐證明，該種新型測(cè)溫裝置能實(shí)時(shí)、全面、及時(shí)、精確的檢測(cè)出配電線路中是否存在故障，進(jìn)而推行科學(xué)有效的應(yīng)對(duì)措施，以此保證配電線路運(yùn)行的安穩(wěn)性、高效性。

1傳統(tǒng)配電線路的測(cè)溫裝置概述

以往，配電線路采用的傳統(tǒng)測(cè)溫裝置主要由電流互感器、溫度傳感器、蓄電池及電路斷口控制器與相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信息模塊等構(gòu)成。以導(dǎo)線為媒介遠(yuǎn)距離傳導(dǎo)電力資源，進(jìn)而為電力系統(tǒng)運(yùn)行提供電能，保證系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于較優(yōu)良的運(yùn)行狀態(tài)中。為測(cè)量導(dǎo)線設(shè)施的溫度，采用了接觸式測(cè)溫技術(shù)，該技術(shù)建設(shè)了電流互感器與配電線路兩者的交接關(guān)系，通過供應(yīng)電能的形式測(cè)量導(dǎo)線在現(xiàn)實(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的現(xiàn)實(shí)溫度，以環(huán)境溫度、導(dǎo)線自體溫度與線火溫

度等較為常見[2].傳統(tǒng)輸配線裝置盡管能較好的實(shí)現(xiàn)對(duì)線路溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，但相關(guān)設(shè)備外殼采用不銹鋼制作，故而在采集測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)過程中，設(shè)備自體外殼若被腐蝕，就會(huì)導(dǎo)致加電場(chǎng)對(duì)相關(guān)信號(hào)形成較大干擾，進(jìn)而影響測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的精確度。

2新型配電線路設(shè)備測(cè)溫裝置

2.1總體方案

①傳感器模塊：選擇無線無源，傳輸無需通過傳輸線;無需單獨(dú)使用供電電源;②天線：選用增益探測(cè)天線，具有結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本較高、能夠抗干擾接受信號(hào)、收發(fā)信號(hào)效果好等特征;③處理模塊：選擇單片機(jī)，其特征以集成電路芯片，小封裝，占用空間小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可實(shí)現(xiàn)模塊化等為主。

2.2選擇無線無源技術(shù)傳感器

因?yàn)闇y(cè)量環(huán)境易發(fā)生高溫且處于電場(chǎng)環(huán)境中，結(jié)合RFID射頻識(shí)別技術(shù)特征發(fā)現(xiàn)其不符合要求。而聲表面波傳感器，將溫度和頻率之間建設(shè)了對(duì)應(yīng)關(guān)系，內(nèi)部無任何的電子晶體管，適用于強(qiáng)電場(chǎng)作用下的工作環(huán)境中，測(cè)溫范圍較廣，（-20°C～+150°C）

2.3選擇單片機(jī)類型

應(yīng)遵照內(nèi)存范圍≥8kB、時(shí)鐘頻率高的原則?？晒┻x擇的方案有兩種：方案①——51：內(nèi)存為128B-1kB，最高時(shí)鐘頻率為12MHZ，經(jīng)整體分析后，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)存不滿足設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率相對(duì)較低;方案②——STM32：內(nèi)存為8k-512K，最高時(shí)鐘頻率為72MHZ，內(nèi)存與時(shí)鐘頻率均符合要求。

2.4選擇STM32單片機(jī)具體型號(hào)

STM32單片機(jī)的性能有引腳、內(nèi)存、封裝結(jié)構(gòu)等，整體分析后擬定選用規(guī)格為：引腳數(shù)64個(gè)、內(nèi)存容量256KB、封裝結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)QFP的STM32單片機(jī)。經(jīng)資料比對(duì)，決定選擇型號(hào)為STM32F103RCT的單片機(jī)[3]。

2.5設(shè)定最佳方案

經(jīng)系統(tǒng)分析及評(píng)估后，最后設(shè)定了實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的最終方案，見圖2：

3優(yōu)化配電線路設(shè)備測(cè)溫裝置實(shí)施效果的措施

3.1制作SAW聲表面波傳感器

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，檢測(cè)SAW聲表面波傳感器測(cè)溫范疇，具體將傳感器置于溫度調(diào)節(jié)器上，調(diào)節(jié)溫度，測(cè)試傳感器的正常頻次，傳感器測(cè)溫正常率=（正常測(cè)溫次數(shù)/測(cè)溫總次數(shù)）×100%。從-20-150°C每隔15°C進(jìn)行數(shù)次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度在-20℃～145℃區(qū)間取值時(shí)，傳感器測(cè)溫正常率均為100%，溫度為160℃、175℃、190℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的傳感器測(cè)溫正常率依次為83%、80%、85%。對(duì)數(shù)次測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)145℃～160℃之間測(cè)溫不穩(wěn)定性，繼而擬定對(duì)145℃～160℃每隔1℃進(jìn)行數(shù)次檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度在145℃～152℃區(qū)間內(nèi)，傳感器測(cè)溫正常率均為100%，153℃、154℃、155℃……160℃感器測(cè)溫正常率依次為86%、80%、92%、83%、82%、76%、84%、87%。綜合分析后，發(fā)現(xiàn)152°C后溫度測(cè)試開始不穩(wěn)定，但是目標(biāo)為-20℃～150℃測(cè)溫正常，由此可以得出測(cè)溫范疇是-20℃～150℃。

3.2增益探測(cè)天線制作

增益探測(cè)天線外觀及參數(shù)見圖4.

在強(qiáng)電場(chǎng)密閉柜體內(nèi)進(jìn)行天線信號(hào)的接收測(cè)試，每次試驗(yàn)次數(shù)100次，分為10組，發(fā)現(xiàn)1、2、3……10組對(duì)應(yīng)的接收次數(shù)依次為100次、99次、100次、100次、98次、100次、100次、100次、100次、100次，對(duì)應(yīng)的成功率依次為100%、99%、100%、100%、98%、100%、100%、100%、100%、100%。綜合分析后，發(fā)現(xiàn)信號(hào)接收成功率達(dá)到99.7%，這提示該階段目標(biāo)實(shí)現(xiàn)[4]。

3.3單片機(jī)處理模塊制作

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行距離連接測(cè)試，利用（成功連接次數(shù)/總測(cè)試次數(shù)）×100%呈現(xiàn)出來，當(dāng)檢測(cè)距離為0.5m、1.0m、1.5m、2.0m……7.0m時(shí)，對(duì)應(yīng)的連接成功率依次為100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、100%、95%、97%。對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析后，發(fā)現(xiàn)在0～5m數(shù)據(jù)傳輸能夠達(dá)到100%。

3.4整機(jī)組裝調(diào)試

在實(shí)驗(yàn)室中完成設(shè)備設(shè)施組裝工作以后，對(duì)整機(jī)測(cè)溫時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，共計(jì)獲得100組數(shù)據(jù)，并采用測(cè)溫直圖進(jìn)行分析（見圖5）

對(duì)直方圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)圖形對(duì)稱分布，中間有一頂峰，左右兩邊逐漸降低，近似對(duì)稱，是正常形直方圖。

結(jié)合測(cè)溫時(shí)間區(qū)間分布情況，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)[5]：

公差中心：

測(cè)溫時(shí)間平均值：

由此可見，測(cè)溫時(shí)間的公差中心與平均值基本吻合。

標(biāo)準(zhǔn)偏差：

過程能力：由此可見，過程能力1.67>≥1.33，等級(jí)I級(jí)，過程能力充分，可以判定新設(shè)備測(cè)溫時(shí)間9.498min處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)多組測(cè)試結(jié)果，新型測(cè)溫裝置測(cè)溫所需時(shí)間小于目標(biāo)值10min。

3.5應(yīng)用效果

在設(shè)備日常巡檢中，配電線路設(shè)備測(cè)溫裝置逐漸成為必不可少的測(cè)溫儀器之一，每次檢修作業(yè)中，主要通過檢測(cè)溫度的形式去判斷設(shè)備運(yùn)行狀況與技術(shù)狀態(tài)，降低設(shè)備事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，保證配電線路運(yùn)輸?shù)陌踩?，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

結(jié)束語：

經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)使社會(huì)用電量持續(xù)增加，用電量與用電負(fù)荷同步增加，配電線路是傳送電能的主要媒介，其所處運(yùn)行環(huán)境日益復(fù)雜化，若出現(xiàn)故障，將會(huì)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、有效性形成不良影響，影響用戶用電過程。將新型測(cè)溫裝置應(yīng)用于配電線路設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，能迅速、精確的檢測(cè)出線路是否存在溫度異常狀況，進(jìn)而有針對(duì)性的實(shí)施預(yù)防措施，借此方式去保證配電線路運(yùn)行的安穩(wěn)性。

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