摘要：高壓(yā)設備(bèi)在長期的運行過(guò)程當中(zhōng)，其很(hěn)多(duō)部(bù)位會發(fā)生溫度升(shēng)高(gāo)的狀況，如(rú)開關櫃觸頭接觸不良導致(zhì)觸頭溫(wēn)度升高，甚至(zhì)燒毀，由此造成(chéng)停(tíng)電事故發生(shēng)。由(yóu)此(cǐ)可見，對高(gāo)壓(yā)開(kāi)關設(shè)備的(dí)待測溫(wēn)部(bù)位(wèi)的(dí)溫度在(zài)綫監測(cè)是需要的。基於CT取電(diàn)無綫(xiàn)溫度係(xì)統(tǒng)不用頻繁更換(huàn)電池，提升係(xì)統(tǒng)的實(shí)用性(xìng)。本(běn)文同(tóng)時(shí)介(jiè)紹了如何通(tōng)過軟件和硬(yìng)件實(shí)現(xiàn)無(wú)綫測溫(wēn)係統(tǒng)低功(gōng)耗(hào)，滿(mǎn)足母(mǔ)綫小電流情(qíng)況使用(yòng)，並(bìng)在(zài)實際(jì)應(yīng)用中(zhōng)證明該(gāi)技術的實用性。

關鍵(jiàn)詞：CT取(qǔ)電；高(gāo)壓設備；無(wú)綫測溫係統；低(dī)功耗

1，引言(yán)

高(gāo)壓電(diàn)氣(qì)設備溫度(dù)監(jiān)測點(diǎn)都處於高電(diàn)壓(yā)，大(dà)電流(liú)，強(qiáng)磁場(cháng)的(dí)環(huán)境(jìng)中，甚(shèn)至(zhì)有的(dí)監測點還(huán)處在密閉(bì)的空(kōng)間中(zhōng)，由於(yú)強電磁噪聲和髙(gāo)壓絕緣，空(kōng)間的限製等問(wèn)題(tí)，通(tōng)常的(dí)溫度(dù)測量方法(fǎ)無法(fǎ)解決這些(xiē)問題而(ér)無法使用。無綫式溫度(dù)監測係(xì)統采(cǎi)用(yòng)無綫電波進行(háng)傳(chuán)輸數(shù)據。傳(chuán)感(gǎn)器安(ān)裝在(zài)高(gāo)壓設備(bèi)上，與(yǔ)接(jiē)收設備之間(jiān)無電氣連接，因(yīn)此(cǐ)該係統解決(jué)了(liǎo)高壓設備接點(diǎn)運行溫度不(bù)易實時在綫監(jiān)測的難(nán)題(tí)。本文為(wéi)高(gāo)壓設(shè)備無(wú)綫(xiàn)測(cè)溫係統(tǒng)設計了一(yī)種(zhǒng)高(gāo)壓母綫感應取(qǔ)電電(diàn)源，使(shǐ)用該電源(yuán)的(dí)無(wú)綫(xiàn)測溫(wēn)模塊不(bù)需(xū)要(yào)依(yī)靠(kào)變電(diàn)站的(dí)市電(diàn)電源供電實(shí)現了(liǎo)獨(dú)立(lì)工作。

2，感應(yīng)取電綫(xiàn)圈設計

母綫供電(diàn)的(dí)核心(xīn)器(qì)件是(shì)磁(cí)感應綫圈，也(yě)是(shì)設計的(dí)難(nán)點。母綫上(shàng)的(dí)電流(liú)變化(huà)外圍(wéi)較(jiào)大：低(dī)至(zhì)幾安(ān)，高(gāo)達(dá)上千安(ān)，市麵(miàn)常(cháng)見10kV高壓(yā)開關櫃(guì)的(dí)額(é)定(dìng)電(diàn)流(liú)有630A，1250A，1600A等(děng)。在設(shè)計磁感(gǎn)應綫圈(quān)的(dí)過程中要(yào)考慮(lǜ)到(dào)：當(dāng)母(mǔ)綫處於小電流狀態時，磁感應(yīng)綫(xiàn)圈(quān)獲(huò)得(dé)的能量較(jiào)小，係(xì)統不(bù)能(néng)正(zhèng)常(cháng)工(gōng)作(zuò)；當(dāng)母綫電(diàn)流超過額定電(diàn)流(liú)的(dí)強(qiáng)電(diàn)狀態(tài)，或(huò)者(zhě)短(duǎn)路故(gù)障電流(liú)時，磁(cí)感(gǎn)應(yīng)綫圈(quān)產生(shēng)的(dí)高壓尖脈衝對副邊各(gè)器(qì)件造成(chéng)的(dí)幹(gān)擾(rǎo)和損壞，尤其是對後續(xù)電路(lù)的幹擾(rǎo)。因(yīn)此(cǐ)在母(mǔ)綫電(diàn)流(liú)較為復(fù)雜(zá)的情況下，磁感(gǎn)應(yīng)綫圈的鐵(tiě)芯材(cái)料的(dí)選型很關鍵。

2.1鐵芯材料選(xuǎn)擇

目前可(kě)供使(shǐ)用(yòng)的鐵(tiě)芯(xīn)材(cái)料有矽(guī)鋼(gāng)材(cái)料(liào)，坡莫合(hé)金材料(liào)和納米晶材(cái)料，經(jīng)過(guò)試(shì)驗本產品選用矽鋼材料鐵(tiě)芯(xīn)滿(mǎn)足設計要求(qiú)，價(jià)格(gé)較便(biàn)宜(yí)，使(shǐ)得本產品在(zài)同(tóng)行(háng)業(yè)中更有競爭(zhēng)力。

2.2綫(xiàn)圈(quān)匝數設(shè)計

對感應(yīng)取(qǔ)電(diàn)建立簡化模(mó)型(xíng)，進行理(lǐ)論分析。假設感應取電的初級綫圈和(hé)次(cì)級綫圈達到(dào)全(quán)耦合(hé)電(diàn)磁感應(yīng)，並(bìng)且(qiě)不考慮初級綫圈(quān)和(hé)次(cì)級(jí)綫圈的(dí)漏感(gǎn)，建立感(gǎn)應取電簡化(huà)模型(xíng)如(rú)圖1所示。

                        圖(tú)1 感(gǎn)應取(qǔ)電(diàn)簡化(huà)模型

根據電(diàn)磁(cí)感(gǎn)應取電定律(lǜ),可(kě)以(yǐ)得(dé)出以下(xià)基本(běn)公(gōng)式

φ為(wéi)主磁通量；H為磁(cí)感應強(qiáng)度；l為(wéi)磁(cí)路(lù)長度；B為磁(cí)感應(yīng)強(qiáng)度；A為(wéi)鐵芯截麵積；N1和(hé)N2分別是(shì)初級(jí)和次級綫圈的匝(zā)數(shù)。

感應取電(diàn)裝置(zhì)工作於(yú)理想狀態時，應(yīng)該(gāi)是母(mǔ)綫(xiàn)電流(liú)的半個周(zhōu)期內(nèi)，鐵芯(xīn)的磁(cí)感(gǎn)應強(qiáng)度從(cóng)負飽和增加到正(zhèng)飽和，此時可(kě)以(yǐ)取(qǔ)得功率，即輸(shū)出電(diàn)壓(yā)值(zhí)u2max。

本產(chǎn)品鐵芯選(xuǎn)用矽鋼的飽(bǎo)和(hé)磁(cí)感(gǎn)應強(qiáng)度2.03, 截麵(miàn)積A=10-4m2，T=π，電壓(yā)為(wéi)7.5V，則帶入(rù)公式(shì)計算出(chū)，則本產品選(xuǎn)取匝數(shù)為4800。

3，感應取(qǔ)電(diàn)硬件設計

通過感(gǎn)應(yīng)綫(xiàn)圈(quān)取電後，經(jīng)鉗位(wèi)保護電路(lù)，整流(liú)電路，綫性(xìng)穩壓為工作電路(lù)板(bǎn)供電(diàn)，電(diàn)路(lù)如圖2所示，原(yuán)理圖(tú)如3所示。

                        圖(tú)2 感(gǎn)應(yīng)取電方框(kuàng)圖

                        圖3 感(gǎn)應取(qǔ)電硬件原(yuán)理圖

3.2工作原(yuán)理(lǐ)

根(gēn)據設計好(hǎo)的(dí)感應綫圈，通過(guò)各設計(jì)參數選(xuǎn)取(qǔ)器件，本(běn)產(chǎn)品采(cǎi)用(yòng)二極(jí)管D1進行半(bàn)波(bō)整(zhěng)流(liú)，參數根(gēn)據(jù)輸入電(diàn)壓(yā)值u2max來(lái)選(xuǎn)取。C3電解電(diàn)容(róng)進行濾波(bō)，穩(wěn)壓芯片(piàn)采(cǎi)用 NCP551-3.3V，該(gāi)芯片(piàn)輸入(rù)電壓(yā)為12V，靜(jìng)態電(diàn)流0.4uA很適(shì)合微(wēi)功(gōng)耗(hào)電路。輸(shū)出(chū)3.3V給單(dān)片(piàn)機(jī)提(tí)供電源。C1選取(qǔ)大容量(liáng)固態電(diàn)容(róng)，這個電(diàn)容很重要(yào)，選取固(gù)態(tài)電(diàn)容好處，當(dāng)微控(kòng)製(zhì)器由(yóu)低功(gōng)耗狀(zhuàng)態(tài)轉(zhuǎn)為全負荷(hé)狀(zhuàng)態時(shí)，這種微控製器的瞬間(jiān)（一般小於5ms）切(qiē)換需(xū)要的大量能(néng)量均(jūn)來(lái)自(zì)供電電路(lù)中的電(diàn)容(róng)，此(cǐ)時固態電(diàn)容高(gāo)速(sù)充(chōng)放(fàng)電(diàn)特(tè)性可以(yǐ)在(zài)瞬間(jiān)輸(shū)出(chū)高(gāo)峰(fēng)值(zhí)電流(liú)，保證充足的電源供應，確(què)保整個(gè)電(diàn)路穩定工作。

3.3硬件(jiàn)低(dī)功(gōng)耗實現(xiàn)

微(wēi)控製(zhì)器(qì)芯(xīn)片采用(yòng)STM8L係(xì)列芯片(piàn)，該單片(piàn)機有(yǒu)四(sì)種(zhǒng)低功(gōng)耗模(mó)式，其中(zhōng)halt模式(shì)下可以(yǐ)達到350nA，很省電。從Halt模式(shì)喚醒(xǐng)的(dí)時間(jiān)也(yě)非(fēi)常(cháng)快(kuài)，隻需要5us。這(zhè)樣(yàng)隻要軟(ruǎn)件程序(xù)合理(lǐ)，在實際測(cè)試中(zhōng)母(mǔ)綫電流8A無(wú)綫(xiàn)測溫模(mó)塊即(jí)可啟(qǐ)動(dòng)工(gōng)作。

本文采用的(dí)是(shì)Nordic2.4G無綫(xiàn)通(tōng)信技術來(lái)實(shí)現(xiàn)傳(chuán)輸溫(wēn)度(dù)數據，工作(zuò)電(diàn)壓範圍為3.6V~1.9V,滿(mǎn)足(zú)本(běn)文所(suǒ)要求的低功耗需求，該芯片其具有(yǒu)以下特點(diǎn)：（1）運(yùn)行(háng)功耗(hào)低，實(shí)際(jì)運用時可根(gēn)據采集溫(wēn)度(dù)數(shù)據間(jiān)隙的(dí)時間(jiān)，控製(zhì)其(qí)工作(zuò)時間以(yǐ)達(dá)到(dào)進(jìn)一步降低(dī)其平(píng)均功(gōng)耗(hào)；（2）傳輸(shū)速率高(gāo)，有利(lì)於(yú)實現(xiàn)“實(shí)時(shí)"溫(wēn)度監(jiān)控的(dí)目的(dí)；（3）經濟(jì)性(xìng)好，有利(lì)於控(kòng)製(zhì)測溫係統的運維成(chéng)本(běn)；（4）體積(jī)小(xiǎo)，便(biàn)於運用在(zài)溫度傳(chuán)感(gǎn)器上(shàng)。

4，軟(ruǎn)件(jiàn)低(dī)功(gōng)耗實現

當母綫處於小電(diàn)流狀(zhuàng)態時，磁感(gǎn)應綫圈獲得(dé)的能(néng)量較小，這樣整個(gè)電(diàn)路功(gōng)耗很低，這樣(yàng)不僅(jǐn)要(yào)求芯(xīn)片低功耗，軟(ruǎn)件設計(jì)也尤為(wéi)重(zhòng)要。低功(gōng)耗程序(xù)設計(jì)，通過單片(piàn)機和無(wú)綫收發器(qì)的休(xiū)眠以(yǐ)及(jí)外圍電(diàn)路(lù)的關斷，使得整個電路(lù)電(diàn)流不(bù)超(chāo)過30ms，無綫(xiàn)發(fā)射(shè)時功耗不(bù)超(chāo)過500ms。

首先要對單(dān)片機(jī)和無綫收(shōu)發(fā)器進(jìn)行(háng)配置(zhì)，為了防止節點死機；需(xū)設(shè)計看門(mén)狗程(chéng)序；為了能夠進入(rù)休眠(mián)模式(shì)三，需(xū)進(jìn)行電源(yuán)管理(lǐ)和內核(hé)電壓監測設置(zhì)；為了防止各個節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送(sòng)數據岀(chū)現碰撞，需采(cǎi)用(yòng)隨機延時算法；為(wéi)了降低功耗(hào)，需對溫度(dù)傳感器芯(xīn)片進(jìn)行關斷(duàn)，具(jù)體(tǐ)如下(xià)圖實(shí)現(xiàn)。通(tōng)過單片(piàn)機10控製三(sān)極(jí)管(guǎn)溫(wēn)度傳感器芯片進行電源關(guān)斷(duàn)和(hé)AD采樣(yàng)等具體實現(xiàn)如(rú)圖4所(suǒ)示。

                    圖4 溫度采樣電(diàn)路低(dī)功(gōng)耗實現

無(wú)綫測溫係統軟件流程圖如(rú)圖(tú)5所示(shì)，工(gōng)作原理(lǐ)單片機進(jìn)入(rù)休眠(mián)模(mó)式(shì)Halt，單片機處(chǔ)於停(tíng)機(jī)狀態，需要(yào)定(dìng)時(shí)喚醒，設(shè)置(zhì)內部(bù)RTC時(shí)鐘(zhōng)作(zuò)為(wéi)定時器(qì)，定(dìng)時(shí)喚醒(xǐng)單(dān)片(piàn)機進(jìn)行(háng)溫度采樣(yàng)，采樣(yàng)後存，下一(yī)次單(dān)片機喚(huàn)醒(xǐng)後(hòu)設(shè)置無(wú)綫發(fā)送(sòng)模塊(kuài)工(gōng)作，將溫度數(shù)據發(fā)送給主(zhǔ)機。

                圖5 無綫測溫節(jié)點(diǎn)軟件流(liú)程(chéng)圖(tú)

5，應(yīng)用場(cháng)景(jǐng)

電(diàn)氣接點(diǎn)在綫測溫裝置(zhì)適(shì)用(yòng)於(yú)高低(dī)壓開(kāi)關(guān)櫃內電纜接(jiē)頭，斷路(lù)器(qì)觸頭(tóu)，刀閘開(kāi)關，高壓(yā)電(diàn)纜中(zhōng)間頭，幹式變(biàn)壓器，低(dī)壓大(dà)電(diàn)流(liú)等設備(bèi)的溫度監測，防止在運行(háng)過程中因(yīn)氧化，鬆動(dòng)，灰塵(chén)等(děng)因素(sù)造(zào)成(chéng)接點接觸電(diàn)阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全(quán)隱患，提(tí)高設(shè)備(bèi)安全(quán)保(bǎo)障，及(jí)時，持續，準確(què)反(fǎn)映設(shè)備(bèi)運(yùn)行狀(zhuàng)態，降低設備事故率(shuài)。

6，係(xì)統(tǒng)硬件(jiàn)配(pèi)置

   溫度在(zài)綫(xiàn)監(jiān)測係統主(zhǔ)要由(yóu)設(shè)備層的溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)和(hé)溫度采(cǎi)集(jí)/顯(xiǎn)示(shì)單元(yuán)，通訊層(céng)的(dí)邊緣計(jì)算(suàn)網關以及(jí)站控層的(dí)測溫(wēn)係統主機(jī)組成，實現(xiàn)變配電係(xì)統關(guān)鍵(jiàn)電氣(qì)部位的溫(wēn)度在綫(xiàn)監(jiān)測。

7，總結

基於(yú)感(gǎn)應取電的無綫測(cè)溫係統在(zài)高壓開關櫃實(shí)際應用(yòng)運(yùn)行狀況(kuàng)良好(hǎo)，該係(xì)統(tǒng)能(néng)夠(gòu)對溫度監(jiān)測(cè)點的溫(wēn)度(dù)進行實(shí)時測量，測量(liáng)度較(jiào)高(gāo)。經過(guò)測(cè)試母綫(xiàn)電(diàn)流大於8A無(wú)綫測溫(wēn)模塊(kuài)經過CT感(gǎn)應(yīng)取電(diàn)即(jí)可穩定工作(zuò)。解決(jué)了傳統(tǒng)采用電池供(gōng)電頻(pín)繁(fán)更(gēng)換電(diàn)池問題(tí)，不受電流變化範圍(wéi)大(dà)影響可實現(xiàn)每天(tiān)對高(gāo)壓開(kāi)關(guān)櫃內(nèi)設備的溫(wēn)度(dù)進(jìn)行(háng)監(jiān)測，以(yǐ)確(què)保高壓(yā)開關櫃(guì)正(zhèng)常運行。

【參(cān)考文(wén)獻(xiàn)】

[1]馮(féng)穎(yǐng)姣,張盛(shèng),汪黎(lí)明(míng),基(jī)於(yú)CT取(qǔ)電(diàn)無綫測溫係(xì)統(tǒng)低(dī)功(gōng)耗(hào)實現實(shí)用(yòng)技術(shù)。

[2]劉(liú)濤(tāo),唐(táng)培林(lín),基(jī)於(yú)感應(yīng)取電(diàn)的無(wú)綫(xiàn)測溫係(xì)統(tǒng)設(shè)計(jì)與(yǔ)應(yīng)用[J].科(kē)技經濟(jì)導刊,2016,36=68-69。

[3]韓(hán)忠傑,王(wáng)玲芝,微型(xíng)傳(chuán)感器自(zì)取電(diàn)技術研究[J].計量(liáng)與(yǔ)測(cè)試技術,2018,（45）4:46-50。

[4]安科(kē)瑞(ruì)企(qǐ)業(yè)微電網設計(jì)與(yǔ)應用手冊(cè).2022.05版。

作者(zhě)介紹：

魏(wèi)健(jiàn)輝(huī)，女，現(xiàn)任職(zhí)於安科(kē)瑞電氣(qì)股(gǔ)份(fèn)有限(xiàn)公司。