声表面波测温装置在开关柜中的应用贾洋

声表面波无线无源温度监测系统摘要：介绍了一种声表面波无线无源温度监测系统，并和其它测温方案进行比较，它具有安装简单、安全可靠、连续监测等特点，对电网系统中的设备触点具有实时在线温度监测功能。

关键词：声表面波；温度监测，无线无源0 引言近年来，我国快速的现代化发展对电网系统提出了越来越越高的要求，现代电力朝着高电压和大容量发展。

在此背景下，对电网系统的安全运行提出了更高的要求。

随着材料技术、微电子加工技术、信号处理技术等科学技术的飞速发展，使得在声表面波技术基础上研制出的具有体积小以及可靠性高等优点的声表面波器件在电力通讯领域得到了应用。

由于电网系统中的高压开关柜密闭运行，人工巡视无法实现，而它又是电网系统的核心部分之一，它的安全稳定运行非常重要。

作为高压开关柜内的开关触头及母排连接节点更是重要隐患，当其中某个节点发生氧化腐蚀导致接触电阻增大，会使其局部温度升高，从而可能发生火灾等事故，给电网的运行带来无法预料的后果。

对高压开关柜内的触头等位置进行在线温度监测可及时发现异常，从而可提前维护，避免事故发生或者减小损失，提高经济效益和社会效益。

声表面波器件体积小，因此由其研制出的温度传感器，适合不同的安装方式，无线信号传输不受高压开关柜内的结构影响，并且它无须供电，耐压高，高低压隔离，可免除高压击穿的危险，可实现连续不断的温度监测，使其结合计算机技术可以达到高压开关柜内的触头接触点温度在线监测，很好地解决了电网系统中高压开关柜触头接触点测量存在的问题。

1 无线无源温度监测系统1.1 声表面波温度传感器无线测温原理由温度采集器发射一定频率的电磁波信号，经由无线天线由声表面波温度传感器的叉指换能器接收转换成声表面波，再由器件反射器发射回叉指换能器，并重新转换为电磁波信号经由无线天线传回采集器。

如果在声表面波温度传感器表面施加有温度参量的扰动，会引起声波速度的变化，从而引起接收端反射信号的频率或者相位发生相应的变化，实现对待测量的无线检测，声表面波无线测温工作原理见图1。

Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 209【关键词】声表面波 无线无源 测温应用1 引言近些年“坚强智能电网”成为中国电网建设的发展方向。

坚强智能电网最重要的特征之一就是信息化和自动化，实现电力系统状态信息的精确高效采集与传输。

这一发展趋势促进了在线监测技术在电网中的应用，电力生产和输电设施逐步向无人值守方向发展。

在这些新应用技术中，声表面波传感技术成为一个亮点。

本文将首先介绍声表面波传感器的原理，比较与其他传感技术的优缺点，然后结合工程实际讨论如何更好的解决安装问题。

2 声表面波传感器的原理SAW 器件是用半导体集成电路工艺在压电基底材料上淀积和光刻特定形状和尺寸的金属（铝等）膜制成。

压电材料的选取、IDT 和反射栅的指宽、叉指间隔决定了SAW 传感器件的工作频率、品质因数、寄生抑制、插入损耗和敏感系数等参数。

根据器件图形结构和信号特征的不同，SAW 传感器件可以分为延迟线型和谐振型两种，如图2和图3所示。

延迟线型SAW 器件的反射栅分布在距离IDT 不同距离的位置上，不同反射栅由于位置的不同，对声波信号的反射延迟时间有所不同。

反射延迟时间会受到环境因素的影响，依靠检测时延的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。

反射栅的位置还具有身份码功能，这也就是声表面波射频识别的原理。

谐振型SAW 器件的反射栅密布在IDT 两侧，对声表面波信号构成一个谐振腔，因此其返回信号是一个谐振信号，而谐振频率除了与设计尺寸有关外，也受到环境因素的影响，依靠检测谐振频率的变化就能够获得环境量的变化，实现传感功能。

在SAW 传感器件的IDT 两端接上天线，就可以组成声表面波无线传感器，可以接收和声表面波传感技术及其在电力测温中的应用文/蒋洁青1 陈昱2 洪云来2 叶飞2反射电磁波。

其工作过程是：天线接收到的电信号经IDT 的逆压电效应转换成声表面波，声表面波沿基片传播并被反射栅反射回IDT ，再经IDT 的压电效应转换成电信号，由天线发射出去。

基于声表面波的无源无线温度监测系统在变电站的应用摘要：为了确保变电站中高压开关柜、母线接头等重要设备运行的安全性，在对现有几种温度监测方法对比的基础上，介绍了基于声表面波技术的无源无线温度监测系统，并对其进行了应用前景分析。

该系统在35kV变电站中对12面10kV开关柜进行了为期6个月的实时温度测量，准确地对开关柜内设备的发热情况、保护装置运行环境温度情况进行了监测，监测系统中所用的温度传感器具有纯无源、免维护、体积小、安全可靠、环境适应性强等优点。

关键词：声表面波；无源无线；温度监测；免维护；高压开关柜0 引言变电站的开关柜、母线接头、室外刀闸等重要设备在长期运行过程中，触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热[1]，存在安全隐患，因此对触点温度实时在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段，是杜绝安全事故发生的关键，对开关柜的触点温度实时监测刻不容缓。

温度监测领域的技术和系统都大多是常规测温方式，如常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，还有光纤测温方式[2-3]、红外测温方式[4-5]、有源无线测温[6-7]方式等等。

常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等需要金属导线传输信号，无法保证其绝缘性能；光纤温度传感器具有优异的绝缘性能，能准确测量高压触点的温度，但存在易折损、不耐高温、积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低、成本相对较高等缺点；红外测温为非接触式测温，存在易受背景噪声干扰、要求被测量点能够在视野内无遮掩，并且表面干净以确保准确性等特点；有源的无线温度传感器通常采用电池供电，需要定期更换电池，因而使用寿命有限。

同时，电池在高温状态下工作，本身就是一个安全隐患。

采用声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）技术的无源无线测温系统，能够很好的解决上述几种测温方式存在的缺陷。

1 声表面波无源无线测温原理声表面波器件的基本结构是在具有压电特性的压电基片材料抛光面上制作的叉指换能器（声-电换能器）。

声表面波测温传感器在高压开关柜安全监测中的应用唐全胜摘要：阐述了新型无源无线在线测温系统S A W（声表面波）技术的基本工作原理及系统构成，比较了目前几种常用电力测温系统的优缺点，声表面波测温传感器在生产实际使用中报警监测灵敏，故障处理及时，确保了设备的安全运行。

关键词：电网安全监测；新型测温技术；S A W（声表面波）中图分类号：T P212.11文献标识码:B文章编号：1001-6171（2020）06-0047-06D O I：10.19698/j.c n k i.1001-6171.20206047A p p l i c a t i o n o f S a wT e m p e r a t u r e S e n s o r i n S a f e t y Mo n i t o r i n g o f H i g h V o l t a g e S w i t c h g e a rT A N G Q u a n s h e n g(H u i z h o uG u a n g d aC e m e n t E n t e r p r i s eC o.,L t d.,H u i z h o uG u a n g d o n g516840,C h i n a)A b s t r a c t:T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e b a s i c w o r k i n g p r i n c i p l e a n d s y s t e ms t r u c t u r e o f n e wp a s s i v e w i r el e s s o n-l i n e t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s y s t e mS A W(s u r f a c e a c o u s t i c w a v e),c o m p a r e s t h e a d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e s o f s e v e r a l c o m m o n e l e c t r i c p o w e r t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t s y s t e m s a t p r e s e n t,a n dp o i n t s o u t t h a t t h e s u r f a c e a c o u s t i c w a v e t e m p e r a t u r e s e n s o r i s s e n s i t i v e i n a l a r ma n d m o n i t o r i n g i np r a c t i c a l u s e,a n d t i m e l y t r o u b l e s h o o t i n g e n s u r e s t h e s a f e o p e r a t i o n o f t h e e q u i p m e n t.K e y w o r d s:p o w e r g r i d s a f e t y m o n i t o r i n g;n e wt e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t t e c h n o l o g y;S A W(s u r f a c ea c o u s t i c w a v e)通讯地址：惠州市光大水泥企业有限公司，广东惠州516840；收稿日期：2020-04-06；编辑：吕光471前言电力系统中，各类设备的开断接触点均有可能会因松动、老化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大、触点温度不断上升。

专利名称：基于声表面波的开关柜内导体连接点运行温度测量装置
专利类型：实用新型专利
发明人：郗晓光,李万超,葛荣刚,唐庆华,满玉岩,魏菊芳,曹梦,李琳,李维博,董艳唯
申请号：CN201420202596.9
申请日：20140424
公开号：CN203798466U
公开日：
20140827
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种基于声表面波的开关柜内导体连接点运行温度测量装置，其技术特点是：包括安装在开关柜内导体连接点上的SAW温度传感器和安装在开关柜外的温度采集处理装置，所述的SAW温度传感器通过无线射频方式与温度采集处理装置相连接。

本实用新型将SAW温度传感器安装在开关柜导体接头上，采用声表面波(SAW)传感技术和无线通讯技术进行信号传输和高压隔离，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内导体连接点运行温度不易监测的难题，提高了测量精度和测量效率，减少了设备维修次数，降低了安装与维护成本。

申请人：国家电网公司,国网天津市电力公司
地址：100031 北京市西城区西长安街86号
国籍：CN
代理机构：天津盛理知识产权代理有限公司
代理人：王来佳
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专利名称：一种用于电力开关柜静触头的声表面波无线温度传感器
专利类型：实用新型专利
发明人：王东方
申请号：CN201520027768.8
申请日：20150116
公开号：CN204389057U
公开日：
20150610
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种用于电力开关柜静触头的声表面波无线温度传感器，可以直接测量电力开关柜静触头的温度，而且易于保证无线传感信号的接收效果。

其特征在于：传感器由声表面波温度传感器件、固定套环、射频同轴线缆、天线以及固定天线的夹具组成；所述的固定套环套在静触头上使用，并利用自身内壁作为导热结构；所述的声表面波温度传感器件安装在固定套环的内壁上，且与内壁有良好的热传导；所述的射频同轴线缆用于连接声表面波温度传感器件和天线；所述的天线用于接收外部读取器的无线信号并返回无线传感信号；所述固定天线的夹具用于将天线固定在与静触头相连的母排上。

申请人：王东方
地址：100048 北京市海淀区阜成路6号海军总医院5号楼5单元502
国籍：CN
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声表面波测温装置在开关柜中的应用贾洋发表时间：2020-06-17T10:43:16.417Z 来源：《中国电业》2020年5期作者：贾洋[导读] 现阶段，随着社会的发展，我国的电力行业的发展也越来越迅速摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的电力行业的发展也越来越迅速。

开关柜是电力系统中广泛应用的电气设备，开关柜安全稳定工作是保障线路投切运行、可靠供电的前提．在长期带负荷运行条件下，开关柜内部的开合结构会出现氧化磨损，导致断路器触头老化和母线接头松动，引起接触电阻增大，尤其是当开关柜运行的大电流作用在这些节点时，会引起设备温度超标，甚至烧毁开关柜．因此，对高压开关柜中关键节点进行温度监测，对整个电力系统的安全运行具有非常重要的意义．目前，国内外在开关柜测温领域较为常用的方法有红外测温、光纤测温、无线有源测温和声表面波测温．红外测温是目前国家电网公司最普遍的测温方法，需要运行作业人员手持红外测温设备测量，测量精度不高，被遮挡部分可能无法直接测量关键点的温度，不具有在线监测功能;光纤测温设备造价高，易折损，不耐高温，安装还需增加布线;无线有源测温方法需要对无线传感器用干电池或者CT进行供能，而干电池寿命有限，需要定期更换。

声表面波SAW(surfaceacousticwave)测温法是一种无需电池供电亦无需感应取电的完全被动式的测温方式，具有安装调试方便、不受电弧或闪络问题影响、无需更换或维护供电电源、耐高温、抗污能力强等优点。

开关柜内部结构复杂，而且其工作环境受强磁、强电干扰严重，开关柜的温度监测面临监测节点众多、电磁干扰严重、布线困难、工作环境温度较高等难题．鉴于此，本文拟研究开发一套基于SAW测温原理的开关柜温度在线监测系统:通过改进与传感器相匹配的收发天线的形状和类型，提高系统的抗干扰能力，实现无需布线即可同时监测多个节点温度的目的．关键词：声表面波；测温装置；开关柜；应用引言温度是表征电力一次设备运行正常的一个重要参数。

声表面波传感器在变电站测温工作中的应用摘要：多零部件在长期的运行下，会由于工作时间积累而出现温度过高的情形，使得一些工作设备发热。

如果这一现象不能够被人们发现和处理，那么就会形成很严重的安全隐患，因此需要通过利用声表面波传感测温技术来对变电站的工作温度进行检测。

但是由于该测温技术是新兴起的一种测温技术，人们在这方面的发展和研究都还处于初期阶段，其使用的安全及实用性方面都存在一定缺陷。

为了推进声表面波传感器的技术研究，基于笔者的一些工作经验以及个人理解，在本文中主要对声表面波的技术和工作原理进行了介绍，并对声表面波在变电站工作温度的检测应用进行了相应的说明，希望借此来有效地解决过去测温技术中面临的一些实用性及可靠性的工作问题。

关键词：声表面波传感器；变电站测温工作；应用；随着我国经济的快速发展，人民的日益生活需求也在不断增长。

在当前阶段，变电站的稳定运行给人们的生活质量提供了更强有力的保障。

但是由于实际的变电站工作在其正常情况下会受到温度的影响，因此需要对变电站工作的温度进行采集和跟踪，通过借助声表面波传感器测温技术可以实现这一效果。

一、技术的简介声表面波实际上是一种其能量能集中在固体表面传输的弹性波，在传输过程中，通过固体的半空间介质来对信号进行表面传输，因此人们又把它称为表面声波。

该波在实际的运用过程中有以下几个特点：首先，波长非常短，并且传播的器件尺寸也非常小。

在电磁波的运用领域，一般采用电磁波原理器件的尺寸与其波长都是成正比关系的，然而声表面波的波长仅仅为普通电磁波波长的十万分之一，因此，通过利用该声表面波的技术所形成的器件尺寸一般都比较小，所以其器件的设计和安装方式有很多种。

其次，声表面波对应的器件生产非常容易。

由于应用于声表面波材料生产在半导体工艺方面制作非常简单，因此在生产方面可以大量进行批处理，并且生产工艺稳定性较高。

再次，声表面波的使用灵活性非常强，这主要是由于声表面波的波长较短形成的。