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聲表面波射頻標簽用于超高壓輸電線測溫



在架空輸電線路輸電過程中，專用線路的垂度關系到它的運行和安全性，這與導線運行溫度有著直接的關系。導線運行溫度會受到各種情況的影響，例如線路運行損耗、周圍環境溫度、風速和風向、太陽輻射強度以及導線材料的特性等。在高溫環境、低風速和高電力系統負荷條件下，監測和分析輸電網區域，可評價真實的導線運行溫度。這對優化線路性能，并防止潛在導線垂度問題等方面起著至關重要的作用。

為了測量架空輸電線路的導線溫度，可以在導線上安裝一個與導線性能有著相同特性的熱傳感器。由于架空輸電線路周圍區域的高電應力和高磁應力，可采用純被動聲表面波傳感器。這樣，安裝點上導線的溫度就可以被監測到，并且數據可以通過無線電頻率反向散射（類似雷達的原理）的方式被無線傳輸到數據收集點。

所有的集成電路都是基于電子的躍遷作用，從而形成二極管、三極管等等器件，進而組合而成各種電路和集成電路。
輸電線的電壓通常高達數萬伏，甚至高達上百萬伏。由于高電壓的作用，在輸電線周圍形成非常強的電場。在這個電場的作用下，電子的行為完全不受普通物理原理的約束，集成電路完全無法發揮正常的作用，甚至可能在這個電場的作用下徹底毀壞。因此，在超高壓輸電線上，無法使用普通的傳感器。


聲表面波技術的應用
聲表面波技術
眾所周知，聲表面波元件在過去常常安裝在窄帶濾波器、無線射頻識別技術（RFID）標簽以及無線測量傳感器等設備中，用于扭矩、壓力、溫度和拉力等方面的測量。因此，這些傳感器可用于高壓架空輸電線路的溫度測量，并可采用無線電將電流連接傳感器與被測量單位連接。

圖1顯示了基于聲表面波射頻標簽的高頻測量系統的工作原理。使用測量系統的傳輸天線將2.45GHz ISM帶上的高頻電磁波傳輸到傳感器，并通過使用與傳感器芯片連接的轉換器，將引入的高頻信號傳輸到沿水晶表面傳播的聲表面波。在這些位置上，信號中的部分信息被反射到集成反射器上。反射器位置因水晶溫度的延伸而發生改變。聲表面波的傳播速度同樣取決于溫度的變化。反射信號被轉換器轉換為高傳輸頻率信號，并且被傳回到系統的接收天線中。傳感器的ID信息和溫度信息可由使用各種算法的反射脈沖確定。其中，這些算法通過使用時間位置和反射脈沖的相位關系，以及數字信號處理器（DSP）的通用信號處理技術，對這些信息進行計算。計算得出的結果可以顯示在個人電腦上。

經過長期的現場試驗，聲表面波傳感器可用于高壓工程領域。帶有金屬氧化電涌放電器的現場試驗最早始于1997年。在這種測量技術取得積極結果之后，此系統也常被安裝于各種架空輸電線路和變電站設備中。


傳感器夾鉗
為了將帶有天線的這種傳感器應用在架空輸電線路上，需要研制一種特殊的夾鉗。這種夾鉗的開發要求是：遮蓋傳感器標簽、遮蓋傳感器天線、易于安裝和長時間穩定連接。
根據以上幾點要求，螺旋狀固定夾鉗被用于架空輸電線路上傳感器的簡易安裝和可靠連接中。多年來，這種固定技術多用于固定架空輸電線路上的振動阻尼器和墊板阻尼器，從20世紀80年代至今，這種固定技術還一直用于光纖復合架空地線（OPGW）設備中。到目前為止，在世界范圍內已經安裝了5萬多個振動阻尼器和墊板阻尼器。傳感器和傳感器天線由聚四氟乙烯（PTFE）外罩所覆蓋，見圖2。


此傳感器經過了高壓實驗室的測試，并根據國際電工標準61284（IEC61284）來檢驗是否符合關于無線電干擾電壓（RIV）測試的國家和國際標準。測試結果表明：傳感器通過了單線線路123kV和245kV以及三芯導線400kV的測試。圖3顯示了單線導線上240kV下傳感器夾鉗，其中可以認出第一個流光放電。

系統說明
架空輸電線路在線溫度監測系統由天線塔上的測量單元，變電站數據庫服務器以及數據交換服務器組成。


天線塔元件
天線塔上安裝了測量站，見圖4。通過使用望遠鏡瞄準具，將兩根塔天線（傳輸天線和接收天線）以傳感器的最佳角度固定在導線上。傳感器必須固定在距離懸垂絕緣子串設備約兩米處的位置。雷達單元盒則安裝于靠近塔天線處，以使電纜高頻連接的損耗最小化。對于電力供應，則應將兩塊太陽能電池板固定于天線塔的頂部。控制單元安裝于天線塔的底部或指定高度，以防止故意破壞。其中，控制單元由電池、控制器以及用于數據連接的通用分組無線業務（GPRS）調制解調器組成，并使用光纖連接電纜將控制單元與雷達單元連接起來。

變電站和報告軟件的安裝
在變電站里，個人電腦上安裝一個通用分組無線業務調制解調器（GPRS），其中個人電腦作為數據收集和數據服務器系統。測量站和個人電腦之間通過TCP/IP協議進行溝通，并且這種溝通是以加密和雙向方式進行的。測量站可以完全由個人電腦上的軟件來控制和配置，連接到數據服務器的每臺個人電腦上的報告軟件均可使用。見圖5。


該系統已完成首例安裝，在各種環境條件下數據采集運行穩定，例如在大風、雨雪、大霧等天氣條件下。圖6顯示了溫度在線監測在400kV線路上的安裝實例。

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肖先生 13501331711