一种基于 UHF RFID 无源无线测温技术及其应用.pdf
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1、RURAL ELECTRIFICATION一种基于 UHF RFID 无源无线测温技术及其应用谭志勇*,夏锐,王媛媛,杨海军(长园共创电力安全技术股份有限公司,广东 珠海 519085)摘要:针对配电设备点多、面广且易因过热导致引发严重事故的现状,设计了一种基于UHF RFID 无源无线温度监测系统,阐述了该无源无线温度监测技术的工作原理及技术指标,并对其测温精度进行了验证,测试结果表明测温精度优于规范要求;设计了一种典型的无源无线温度监测系统架构,并通过研究电力设备的结构特点以及传感器结构形态,对两者进行了适配性设计,满足不同配电设备的测温需求;最后通过几个实际应用案例验证了该种测温技术优越
2、性以及实用性。关键词:测温装置;无源无线传感器;配电设备;射频识别;在线监测中图分类号:TM835A Passive Wireless Temperature Measurement Technology Based onUHF RFID and Its ApplicationTANZhiyong*,XIARui,WANGYuanyuan,YANGHaijun(ChangyuanCo-createElectricPowerSafetyTechnologyCo.,Ltd.,GuangdongZhuhai519085,China)Abstract:Inviewofthecurrentsituati
3、onthatpowerdistributionequipmenthasmanypoints,wideareasandiseasytocauseseriousaccidentsduetooverheating,thispaperdesignsapassivewirelesstemperaturemonitoringsystembasedonUHFRFID,describestheworkingprincipleandtechnicalindicatorsofthepassivewirelesstemperaturemonitoringtechnology,andverifiesitstemper
4、aturemeasurementaccuracy.Thetestresultsshowthatthetemperaturemeasurementaccuracy is better than the specification requirements;A typical passive wireless temperature monitoring systemarchitectureisdesigned,andthroughthestudyofthestructuralcharacteristicsofpowerequipmentandthestructuralformofsensors,
5、theadaptivedesigniscarriedouttomeetthetemperaturemeasurementrequirementsofdifferentpowerdistributionequipment;Finally,theadvantagesandpracticabilityofthistemperaturemeasurementtechnologyareverifiedthroughseveralpracticalapplicationcases.Keywords:temperature measuring device;passive wireless sensor;p
6、ower distribution equipment;RFID;onlinemonitoring配电设备点多面广,包含有大量的开关柜、环网柜等设备。这类设备含有断路器可以移动的部件,断路器频繁合闸、分闸导致动、静触头表面镀银层破损,表面氧化等易造成发热异常;还有一些重要的接头比如电缆接头、母排连接头等,其螺栓松动或者装配不良等也会有发热的风险。由于开关柜、环网柜等采用金属封闭,不能用手持红外仪器对其发热情况进行有效检测,易发展成严重的停电事故。因此,研究对开关柜、环网柜等设备的温度监测具有重大意义。国内外学者对配电设备温度监测的研究已有不少成就,部分产品应用到市场已经多年。其中红外测温技术1
7、-3在电力行业应用非常广泛,研究较多,在敞开式设备和输电线路运维方面取得了很好的效果,但 GIS 和开关柜等封闭式结构的电力设备应用效果有限。有源无线测温技术4在早期得到了一定应用,但含电池的传感器存在体积较大、电池寿命有限等缺点,其在配电设备温度监测应用逐渐较少,但在对于不方便取电的高压直流设备的温度监测还有一定的应用价值。文献 5-7 中介绍了一种感应取能的测温技术,该种测温利用电磁感应原理从运行设备取得能量,驱动测温元件进行测温,传感器的调试需要一次设备带电或者给一次设备加电流,且其感应元件也易出现磁饱和以及发热现象。文献 8-10 阐述了一种基于光纤测温技术的在线监测系统,光纤测温为线
8、式测温,在高压电缆测温中有独特的优势,应用较多。因其与一次设备带电部分通过光收稿日期:20221107DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.08.010Operation&Maintenance|运行维护2023 年第 8 期 总第 435 期 43RURAL ELECTRIFICATION纤连接,随着设备运行,灰尘、凝露或其自然老化存在爬电的风险,且其安装复杂,在配电设备上应用不多。文献 11-12 介绍了一种基于声表面波的温度监测技术,该技术的优点是无源无线,其不同的传感器通过不同的频段区分,没有独立的 ID,现场安装温度须要校准,测温的准确性和安装的便利性不佳。本文设计了
9、一种 UHFRFID 的温度在线监测系统,测温传感器利用射频感应取电、无线传输,且体积小,结构设计多样,每只传感器都有独立的 ID,在配电设备测温领域有很好的推广应用价值。1原理及验证1.1UHFRFID 测温技术UHFRIFD 测温装置由测温传感器、温度采集器、天线组成。具体的工作原理如图 1 所示,采集器利用射频天线发射超高频电磁波,温度传感器从电磁波中获得能量且接收采集器的测温指令,温度传感器调制能量用反向散射来返回调制的信号(包含实时传感数据),采集器则将数据进行解析、处理和上传。天线传感器传感器传感器采集器能量和信号实时温度数据图 1UHF RFID 测温原理1.2UHFRFID 测
10、温技术指标温度传感器(1)接收距离:2m;(2)测量温度:40C+150C;(3)测量精度:40C100C 时误差 1C,100150 时误差 2C;(4)最高耐受温度:最高耐受温度为 155C可运行 2h;且最高耐受温度为 250C 时可运行 4s;(5)测量分辨率:0.1C;(6)数据更新时间:最小 1s,可调节;(7)工作频率:920925MHz。(8)取电方式:射频无源取电工作模式。1.3测温精度验证为验证温度传感器温度测试精度,将传感器 A和 B 放置于高低温箱中分别设定温度为40、20、0、20、40、60、85、100、125、150C,并以高精度温度仪器为标准,测试传感器的测量
11、精度,测试结果如表 1 所示。表 1开关状态表设定温度温度计传感器A传感器A误差传感器B传感器B误差-40-40.0-40.79-0.79-39.220.78-20-20.0-20.53-0.53-19.570.4300.90.41-0.491.260.362020.020.220.2220.890.894040.040.440.4440.620.626060.060.080.0860.530.538585.084.81-0.1984.92-0.08100100.099.07-0.9399.07-0.93125125.8128.22-0.28127.24-1.26150152.5153.10.
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