摘要：随着经济和各行各业的快速发展，用电需求量也在持续上升，电力变压器不断在向大容量、高电压方向发展。变压器作为电力系统中的重要电力设备，运行的安全可靠性将会对电网的供电质量产生直接影响。电力变压器故障主要有热性故障和电性故障，其中过热故障占总故障台数的63%左右。因此，有效实施对变压器温度在线监测对保证变压器的安全稳定运行具有重要意义。从总体上看，可将当前的测温方式分为定期检测和实时在线测温两种。其中，定期检测的方式主要有红外检测仪方式和通过预防性试验的停电测温方式两种，这两种方式均存在测温工作量大、效率低、不能实时检测温度的问题。
关键词：无源无线；测温装置；变压器
引言
经济水平高速平稳的发展使得我国电力系统的行业规模越来越大，相应的，国家和人民对电能质量和供电可靠性的要求也越来越高。因此显著提高我国电力系统的安全性成为一个重大的问题。随着我国自动化水平的提高，电力设备在线监测技术的发展和应用也越来越成熟，逐步实现电力设备定期试验向状态检修过渡，相比于传统的定期检修方式，状态检修具有全天候、高精确度、实时报警等优点，极大地降低了电力设备故障失修的概率同时也节省了人力。而红外检测技术是较为典型的电力设备在线监测技术手段之一，其应用范围广且符合实际应用当中的“低成本，高效益”准则，在提高电力设备维护效率和运行可靠性这些方面扮演着重要的角色。
1无源无线测温装置工作原理
无源无线测温装置由温度传感器、信号调理及隔离模块、数据处理模块、无线发射器、无线接收器以及能量管理电路、散热器以及热电发生器等模块构成。该装置的热电发生器各有一冷端和热端，散热器被设置在冷端的一侧，并与该冷端直接进行热传导，安装部位位于热端的一侧，并与该热端直接进行热传导。在热电发生器冷端和热端温度差达到一定程度后，热电发生器将热量转化为电能，经过后续电路的处理后给本装置自身供电。能量管理电路主要由升压电路、起动电路和稳压电路三部分组成。升压电路负责将热电发生器输出的较低电压升高，并存储在电容或充电电池中；起动电路控制能量的输出，当储能器件的电压升至高电压阀值时，起动电路控制打开后级电路，能量流向后级，供后续电路使用，当储能器件的电压降至低电压阀值时，起动电路控制关断后级电路，储能器件继续储能，周而复始地工作。数据处理模块通过控制温度传感器定时采集测温数据，并通过信号调理及隔离模块将模拟信号转化成数字信号，并提供给数据处理模块进行处理，数据处理模块将处理过的数据通过无线发射器发出，由温度监测系统中的另一模块无线接收器接收，并上传PC、APP和大屏幕显示。
2信号传输
2.1无线信号发射器的设计
本测温装置所设计的无线信号发射器为一种433MHz小型化螺旋形印制天线，天线在结构上采用了微带线在介质基片的上下两层串扰来模仿螺旋天线的走线形式。在螺旋形印制天线的设计中，通过半径大小为0.35mm的铜孔将天线上层和下层的走线端进行连接，这种连接方式不但可以有效减少天线走线的占用空间，还可以增加天线电路路径的物理长度。另外，考虑到上层天线和下层天线之间存在电磁干扰以及由上层天线和下层天线方向不同的电流走线而造成的增益衰减现象，通过上层天线和下层天线之间的介质基片，还能够有效提高其增益特性。
2.2软件界面设计
每一个红外传感器对应一个界面，而在每一个界面中分为上、中、下三个控件栏，在最上面的控件栏是摄像头拍摄的实时监测画面，在其中有一个４×１６的红外探测区域，这与中间用来显示红外阵列温度实时显示的控件栏是一一对应的。而在下面的是报警栏，即当某一个像素点超过右边设定的报警最大值时，就会在报警栏中显示，留有记录。但是当记录超过限定条数（如１００条）时，会重新清零，边界上也会有显示６４个像素内的温度最大值和最小值。
2.3软件运行流程
双击运行检测软件后，软件先会进行初始化相关设置，检查红外检测仪是否和计算机在同一局域网环境下，若连接不正常时，会弹出提示栏，提醒未连接到服务器。当连接正常时，摄像头拍摄画面会立即呈现在界面上，此时点击数据上传，红外阵列信息就会实时出现在界面上，同时随温度值的大小而呈现出不同的颜色。此时设置的默认报警最大值是１００，可以根据实际情况去重新设定，到此在线监测系统投入正常运行。
2.4不停电巡视校准必要性
等待停电检修过程中，越来越多测温装置“带病工作”推高运行缺陷率。不停电巡视校准为测温装置“应修必修”创造及时检修的作业条件。试验室校准合格的测温装置仍然可能因为运行中各种影响量引发两表偏差缺陷。只有在变压器运行条件下开展的巡视校准才能有效消除两表偏差运行缺陷。智能温度变送器能从巡视大数据中自动筛选出高价值数据，不断提高校准水平和测温装置故障预测水平，支持检修人员由目前的“被动抢修”向“事前防范”积极转变。
2.5测温装置在变压器套管中的应用
依据国家标准《GB/T4109—1999高压套管技术条件》，变压器套管各部分允许的最高温度值为120℃，允许最大温升为90℃。该测温装置的测温范围为0℃～140℃，传输距离为50m，监测精度为1℃，从理论上能够满足变压器套管温度在线监测的需求。该装置采用温差发电芯片与温度传感器一体化的测温方案，将装置用螺栓连接的形式安装于变压器套管接线板上进行温度实时监测。由于测温装置采用基于温差发电技术的无源无线测温方式，安装后不会影响变压器套管的安全运行，所以极大地方便了实际应用，减少了后期维护成本。首先，测温装置的热电发生器对温差进行判定，当冷端与热端温差大于5℃时，温度传感器采集变压器套管当前状态的温度数据，通过无线发送模块将数据发送给接收端，无线接收模块将接收到的数据传输到应用层。
2.6红外监测仪的研发选型
红外监测仪将某一区域的热辐射集中采集于单独的一个采样点，这样的一个采样点称之为像素点。红外传感器在采集到样本的辐射功率后，再换算为温度，在软件界面上直接以数字化的方式呈现出来。采用像红外热像仪那样的功能将导致成本过高、研发难度大和研发周期长，因此折中选用红外列阵探测传感器，该模式测量热辐射为非接触式测量物体温度。可实时测量目标区域温度并产生温度读值的映射图，避免使用单点传感器扫描测温区域或是使用昂贵的微型辐射热像仪，大大简化了２Ｄ热成像系统。
结语
温度是变压器运行状态的关键参数之一，对变压器温度进行实时监测可有效防止事故发生，保障变压器设备安全稳定运行。在无源测温传感器中：铂热电阻温度传感器采用电缆进行信号传输，温度信号受环境影响大；光纤测温传感器采用光纤作为传输信号线，分析光纤传输的光谱了解实时温度，但存在传输距离短的缺点；感应取电测温传感器则必须在感应电流大于一定值后才能正常工作，存在应用范围受限的问题。针对这些问题，本文提出一种基于无源无线传感技术的变压器测温装置，采用无源无线技术和温差发电技术，实现变压器温度在线监测，可以及时发现变压器温度异常情况，防止变压器事故的发生。
参考文献
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[2]曹海洋,张玉成,朱启伟,等.基于红外成像技术的变压器热故障在线检测与诊断[J].实验室研究与探索,2012,31(2):30-32,40.