可行性研究报告
项目负责人： | |
通信地址： | 钢结构轻型楼板 |
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胶囊模具
一、目的和意义
变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致事故发生。近年来，在电厂和变电站已发生多起开关过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。 目前大部分地区对开关柜内设备触点的监测依然采用人工定期现场测量，不能实时监测设备的温度状态，存在极大的安全隐患；另外还有少数地区采用有源无线的方式对设备触点进行测量，这种方式在一定程度上解决了以往的定期监测带来的盲目性，但是由于该类传感器需要电池供电，而电池在高温环境下及电池馈电状态下极易发生误报警，大大影响监测精度，使得该种监测方式的可靠性大大降低；另外目前的大部分无线传感器采用的天线均为普通的吸盘天线，这种天线由于其外形，如果用于开关柜内的温度监测，极易在高温、高压环境下产生尖端放电现象，引起事故，因此亟需开发一套适用于高压开关柜、刀闸等的温度监测设备。 通过本次项目系统的应用，结合其他相关系统及标准，可以实现以下应用功能：
1. 高压开关柜的状态检修
当发现开关柜各触点温度出现异常状况，调用实时负荷数据等其他相关运行数据，借助故障诊断专家系统，可进行综合数据分析和故障诊断，实现高压开关柜的状态检修：打破传统定期检修的模式，对不同状态的开关柜制定不同的检修策略（包括检修时间和检修项目），最终更加有效的保障设备安全稳定运行。
2. 高压开关柜相关技术标准的形成和改进
在开关柜中安装本系统，可实时监控开关柜的运行温度状况，及时发现和搜集运行过程中的异常。通过对大量不同厂家、型号、结构、安装方式的开关柜的温度数据进行对比，可辅助分析不同厂家开关柜质量、不同型号开关柜在不同运行环境下的运行稳定性、不同安装方式对开关柜运行造成的影响等。从而积极的推动高压开关柜相关技术标准的形成和改进。
3. 辅助分析电网运行状况
开关柜中测量点的温度绝对值高低、温度变化速率、不同相别触点的温差，可反映出电网
的负荷高低、三相不平衡等情况，从而辅助全面分析电网的运行状况。
二、国内外研究水平综述
目前我国和世界上诸多机构进行了相关研究探索。从测温原理上通常有几种方式，从传输角度来说，包括有线和无线数据传输方式。总结看来，目前国内绝大多数温度监测系统主要分为以下几种：
1.常规测温方式
常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式的缺点在于无法无线无源，需要金属导线传输信号，无法独立无线工作，绝缘性能不能保证。即使采用无线发送模块，在电网的磁场、电场和热场复杂情况下，抗干扰能力弱而无法正常工作。
2.光纤测温
光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高
压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。然而，光纤具有易折，易断、不耐高温等特性。积累灰尘后易导致光纤沿面放电从而使绝缘性降低，光纤属于有线方式，会破坏既有设备构架，受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。另外，光纤测温的成本也相对较高。
3.保护架红外测温
红外测温为非接触式测温，在变电站套管、避雷器、母线等设备的温度监测中应用较多，但由于高压开关柜内部结构复杂，元件互相遮挡较多，通过红外图谱间接获取温度数据其准确性不能满足要求，对红外图谱的计算机识别技术水平还不能替代人工识别，自动化程度不高，同时红外热像仪的成本较高，不利于推广使用。
另外红外测温易受环境及周围的电磁场干扰，由于开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头（因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面），要求被测量点能够在视野内并无遮掩，并且表面干净以确保准确性。因此使用红外成像仪对其进行温度测量时有死角出现，无法全部监测到；红外成像仪进行测量必须要工作人员拿着仪器到现场进行测量，无法实现远程、实时监测，浪费大量的人力；在对户外
的刀闸等进行监测时，由于距离较远，成本较高，遇到冰雪天气，使得该设备监测失效。
4.有源无线测温
有源的无线温度传感器尺寸通常相对较大且需经常更换电池，系统维护成本较高。同时，电池不适于在高温状态下工作，温度过高会影响电池正常工作，最终影响测量精度，甚至会出现误报警；另外当电池电量不足时，会出现误报警的现象，影响监测精度。
另外目前大部分的无线传感器采用的天线均为普通的吸盘天线，这种天线由于其外形原因，在用于开关柜内的触点温度监测时，极易造成在高温、高压环境下产生尖端放电现象，引起事故。
冲压滤网本项目采用无源无线测温技术，具备以下优势：
1.无需电池供电
传感器采用被动感应方式，无需电池驱动，减少了电池更换带来的维护成本，同时不会对生态环境造成影响。
2.采用平板天线，安全可靠
无线的温度采样方式无需在被测点或相关支撑结构上连线，传感器与接收设备之间无电气联系，从而实现了高压隔离，保障设备安全运行。
本项目突破性的研发采用了平板式贴壁天线，有效的杜绝了普通吸盘天线容易产生尖端放电的问题。
6aaaa3.安装方便灵活
无源无线温度传感器体积小且与采集器之间数据无线传输，安装方便灵活，不受开关柜结构和空间影响。
4.环境适应性好
温度传感器通过匹配软件的校正后就已经补偿了传感器制作过程中的偏差。传感器可在任何工作温度范围内的温度进行调试，不会受季节因素影响。通常情况下，传感器只在安装后调试一次，并保持多年不需再校正。同时，灰尘堆积等环境因素不会对SAW传感器测温产生影响。
三、项目的理论和实践依据
3.1.项目研究内容的原理简述
●叉指换能器（IDT）
声表面波器件的核心部件是叉指换能器（IDT），IDT是一种在压电晶体上激发和检测SAW的声-电转换器，IDT是用半导体平面工艺将金属铝沉积在压电基片上，然后用光刻技术将金属薄膜刻成特定的尺寸及形状的结构，如图1所示。
决定IDT性能的主要参数有：指条周期长度M，指条对数N，声孔径W。对于均匀IDT，它的指条宽度和指条间距都是M/4。在IDT的两根总线上加上射频电压时，由于逆压电效应，IDT将电能转化为声能，引起指条的震荡。每对指条激励的SAW都比较弱，但当IDT的周期长度是SAW波长整数倍时，它们相互叠加增强，产生谐振，此时IDT对应的角频率ω0称为声同步频率：
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