中科微聲無線無源測溫系統技術白皮書

目錄一.公司簡目錄一.公司簡 二.電力測溫分 過熱分 解決方 三.公司無線無源測溫系 基本原 測溫系統概 系統架 系統功 適用范 系統命名規 系統硬 采集器與天 SAW溫度傳感 系統軟 客戶端軟 服務器端軟件，安裝于主 標準和規 標準和規 型式試驗(部分 四.公司產品核心優 五.系統安裝與成功案 開關 室外電 室外接 更多的應用領 六公司服 公司名 產品質 6.3交 售后服 服務培 招商引 公司資 公司專 公司產品認 七1中科微聲（天津）傳感技術有限公司，在中國科學院和天津市政府的支持和關懷下于2012年成立，公司“無線無源傳感技術”落戶中國科學院天津電子信息產業園。公司憑借中科院聲學所十五年無線無源測量芯片研發為核心技術，通過自主研發，不斷創造技術新高度。公司確定以“致力于成為復雜環境傳感技術最優供應商和解決方案提供商”為企業使命，秉承“物聯智合、科技領先”的企業經營理念，努力幫助客戶解決實際需求，持續提升合作伙伴創造競爭優勢。主要產品：1）智能電網：無線無源溫度、壓力、濕度、形變一體化聲學傳感技術；電弧光、煙感等一體化光學傳感技術。作為智能電網第一期推出產品是“智能電網無線無源溫度傳感系統”是國內首家全知識產權產品，各項技術指標已經趕超國際先進水平，得到國家電網、南方電網等高度評價。2）建筑安全：建筑、橋梁、重型車輛等主體鋼結構形變、應力聲光一體復雜監測；3）生活安全：食品安全、水環境、大中科微聲（天津）傳感技術有限公司，在中國科學院和天津市政府的支持和關懷下于2012年成立，公司“無線無源傳感技術”落戶中國科學院天津電子信息產業園。公司憑借中科院聲學所十五年無線無源測量芯片研發為核心技術，通過自主研發，不斷創造技術新高度。公司確定以“致力于成為復雜環境傳感技術最優供應商和解決方案提供商”為企業使命，秉承“物聯智合、科技領先”的企業經營理念，努力幫助客戶解決實際需求，持續提升合作伙伴創造競爭優勢。主要產品：1）智能電網：無線無源溫度、壓力、濕度、形變一體化聲學傳感技術；電弧光、煙感等一體化光學傳感技術。作為智能電網第一期推出產品是“智能電網無線無源溫度傳感系統”是國內首家全知識產權產品，各項技術指標已經趕超國際先進水平，得到國家電網、南方電網等高度評價。2）建筑安全：建筑、橋梁、重型車輛等主體鋼結構形變、應力聲光一體復雜監測；3）生活安全：食品安全、水環境、大氣環境的實時快速聲光電監測。公司技術實力雄厚，具備全知識產權研發核心競爭優勢，獲得多項基礎性技術專利。目前技術骨干人員包括研究員1名，博士3名，碩士6名。另根據技術應用領域需求，參與聯合研發機構包括清華大學、天津大學、北京郵電大學、華北電力大學、北京交通大學、西安光機所教授專家多名。我司立足于大數據時代需求，憑借卓越的技術為廣大合作伙伴、各行業單位提供領先的、全面的、有針對性的無線信息傳輸解決方案及產品。在竭誠為客戶創造價值的過程中，不斷提升自我，立志成為國內最優秀的無線無源傳感測量產品和服務提供商，為國民產業信息化水平的提高做出自己的貢獻。2一.公司簡2.1過熱分在電網設備長期運行過程中，“負荷過重、線路老化”常出現于電網事故中，其重要隱患即電網連接處。據統計，此類突發故障占外部熱故障的70%以上，其故障誘因如下：?內阻發熱：現有電力系統中任何導體均有內阻，即便是很小的內阻，在通過較大電流的時候都會產生熱能，相對環境溫度有上升，上升溫度在一定范圍內，是可以安全運行的，超過安全范圍，則對導體有傷害，不能長期運行；?節點過熱：在各類導體的連接點，例如在開關柜、環網柜、分支箱、箱變中的銅排之間，銅排與電纜之間，地下電纜與架空導線之間，地下電纜之間，都存在接觸電阻，在連接不可靠或者設備老化的情況下，接觸電阻較大，在負荷電流較大的情況下，觸點發熱嚴重，可能發生觸頭升溫過高甚至燒毀等嚴重事故；?過熱惡化：由于這些部位的老化、接觸電阻過大或者載流過大而發熱；而發熱常常使得接觸電阻增大，從而惡性循環引發故障。為了提高供電的可靠性，減少停電時間和次數，將事故防范于未然，2.1過熱分在電網設備長期運行過程中，“負荷過重、線路老化”常出現于電網事故中，其重要隱患即電網連接處。據統計，此類突發故障占外部熱故障的70%以上，其故障誘因如下：?內阻發熱：現有電力系統中任何導體均有內阻，即便是很小的內阻，在通過較大電流的時候都會產生熱能，相對環境溫度有上升，上升溫度在一定范圍內，是可以安全運行的，超過安全范圍，則對導體有傷害，不能長期運行；?節點過熱：在各類導體的連接點，例如在開關柜、環網柜、分支箱、箱變中的銅排之間，銅排與電纜之間，地下電纜與架空導線之間，地下電纜之間，都存在接觸電阻，在連接不可靠或者設備老化的情況下，接觸電阻較大，在負荷電流較大的情況下，觸點發熱嚴重，可能發生觸頭升溫過高甚至燒毀等嚴重事故；?過熱惡化：由于這些部位的老化、接觸電阻過大或者載流過大而發熱；而發熱常常使得接觸電阻增大，從而惡性循環引發故障。為了提高供電的可靠性，減少停電時間和次數，將事故防范于未然，采取有效措施實時監控成為關鍵方式。一方面可以持續監控現場設施的一方面可以通過監控溫度實時變化，給電網“動態增容”提供數據支持。2.2解決方電力測溫方式根據原理分通常包括6種方式，其具體原理如下：1)常規測溫常規測溫方式包括：測溫蠟片、熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感3二.電力測溫分器等，這些傳感器通常直接置于待測點上。測溫蠟片是通過人工巡視目視方式查看蠟片融化程度，判斷和估計待測點的溫度；其它傳感器采用金屬導線傳遞電源和傳輸信號，屬于有線傳感方式。2)紅外測溫紅外測溫傳感器是通過接收目標物體發射、反射和傳導的能量來測量其表面溫度。紅外傳感器將采集的能量信息輸送到微處理器中進行處理，然后轉換成溫度讀數顯示。紅外測溫一種非接觸式的測溫方式。固定的紅外測溫儀體積較大，對于狹小的開關柜中安裝比較困難；對于光不能直接照射區域存在測溫盲點。3)光纖測溫光纖溫度傳感器采用光導纖維傳輸溫度信號，光導纖維具有優異的絕緣性能，能夠隔離高壓。光纖溫度傳感器能夠直接安裝到開關柜內的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度，實現開關柜觸點運行溫度的在線監測。然而，光纖具有易折，易斷、不耐高溫等特性。積累灰塵后易導致光纖沿面放電從而使絕緣性降低，且受開關柜結構影響，在柜內布線難度較大。4)有源無線測溫IC傳感芯片感測溫度信號并且通過無線模塊發送給采集器。傳感芯片和無線模塊能量通過電池供給。由于測溫需要連續監測（1器等，這些傳感器通常直接置于待測點上。測溫蠟片是通過人工巡視目視方式查看蠟片融化程度，判斷和估計待測點的溫度；其它傳感器采用金屬導線傳遞電源和傳輸信號，屬于有線傳感方式。2)紅外測溫紅外測溫傳感器是通過接收目標物體發射、反射和傳導的能量來測量其表面溫度。紅外傳感器將采集的能量信息輸送到微處理器中進行處理，然后轉換成溫度讀數顯示。紅外測溫一種非接觸式的測溫方式。固定的紅外測溫儀體積較大，對于狹小的開關柜中安裝比較困難；對于光不能直接照射區域存在測溫盲點。3)光纖測溫光纖溫度傳感器采用光導纖維傳輸溫度信號，光導纖維具有優異的絕緣性能，能夠隔離高壓。光纖溫度傳感器能夠直接安裝到開關柜內的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度，實現開關柜觸點運行溫度的在線監測。然而，光纖具有易折，易斷、不耐高溫等特性。積累灰塵后易導致光纖沿面放電從而使絕緣性降低，且受開關柜結構影響，在柜內布線難度較大。4)有源無線測溫IC傳感芯片感測溫度信號并且通過無線模塊發送給采集器。傳感芯片和無線模塊能量通過電池供給。由于測溫需要連續監測（1電池容量無法做到5年以上，電池更換導致系統維護成本較高。5）感應取電測溫采用感應俘能裝置（例如閉合CT）在銅排或觸頭臂上通過感應電流的方式來取電供設備工作。電力開關柜在正常工作時（50~1250A，會帶有一定的負載，這樣在銅排上會有一個隨負載大小而波動的電流流過，取電穩壓處理后供給例如測溫芯片等監測設備。6）無線無源測溫4該系統采用基于壓電聲波原理的聲表面波（SAW）傳感芯片，傳感器無需供電，傳感器與采集器之間無線連接，能夠真正做到無線無源。以1）-6）電網測溫方式的對比見表1六種電網測溫方測溫蠟色示溫感應取聲表面無該系統采用基于壓電聲波原理的聲表面波（SAW）傳感芯片，傳感器無需供電，傳感器與采集器之間無線連接，能夠真正做到無線無源。以1）-6）電網測溫方式的對比見表1六種電網測溫方測溫蠟色示溫感應取聲表面無源無測溫方紅外測光纖測有源無(射信號傳目紅光無無無供電方無無無電感無壽命一次->102~5>10>10巡檢方人人自自自自在線監否否是是是是安裝難易難中易中易維護難難易中難中易安全隱低低高高高低適用范易熱區域易熱易熱易熱易熱測溫精低中高中中高高中高中低高感溫方非接非接接接接接53.1基本原該傳感器基于壓電原理，通過頻率變化反應壓電基片的熱3.1基本原該傳感器基于壓電原理，通過頻率變化反應壓電基片的熱脹冷縮效應，其結構如下圖1示基本工作過程如下：1）采集器信號發射：由采集器完成電信號調制，然后通過采集器天線將電磁波信號發到傳感器天線2）傳感器信號激發：SAW傳感器的接收天線收到電磁波信號，通過逆壓電效應，在SAW傳感器上產生聲信號；3）溫度信號調制：聲信號感受壓電晶體熱脹冷縮把溫度信息調制到聲信號中，調制后的聲信號經過聲反射柵反射后，通過壓電效應轉化成電磁波信號，并且通過傳感器天線發送4）采集器信號接收：采集器天線接收返回的電磁波信號，解調出溫度信息。發送天1)2)反射柵4)采集3)傳感器壓電晶傳感器1聲表面波傳感器基本原理SAW傳感器是通過聲電耦合作用，具有如下獨特優勢1)傳感器基片具有較大溫度系數，能敏感溫度變化量2取范圍大且可靠，電力開關柜內可達1-3米；室外配平板天線可達183)可在高溫差(-40℃～125℃)、強電磁干擾等惡劣環境下使用（反射信號具有微秒級的延遲，有強的抗環境噪聲干擾能力6三.公司無線無源測溫系4)可使用在金屬和液體產品上。3.2測溫系統概3.2.1系統架無線無源溫度監測系統拓撲如圖24)可使用在金屬和液體產品上。3.2測溫系統概3.2.1系統架無線無源溫度監測系統拓撲如圖22無線無源溫度監測系統拓撲結構圖本系統采用4層網絡架構1）跨區主站7針對不同監控中心實現溫度數據收集、分析等。在主站安裝溫度監控服務器端軟件，針對監控中心上傳數據進行建立數據庫系統、和分析平臺，該平臺可以通過網絡進行遠程管理。*（本部分默認為客戶自制，我司不提供該業務）。2）監控中心針對同一區域、不同監控房間的數據，在監控中心進行匯集；計算機上安裝溫度監控客戶端軟件，該軟件對總線網關數據進行匯總分析，同時向上級主站上傳數據。*（本部分默認為客戶自制，我司不提供該業務）。3）總線網關針對不同監控中心實現溫度數據收集、分析等。在主站安裝溫度監控服務器端軟件，針對監控中心上傳數據進行建立數據庫系統、和分析平臺，該平臺可以通過網絡進行遠程管理。*（本部分默認為客戶自制，我司不提供該業務）。2）監控中心針對同一區域、不同監控房間的數據，在監控中心進行匯集；計算機上安裝溫度監控客戶端軟件，該軟件對總線網關數據進行匯總分析，同時向上級主站上傳數據。*（本部分默認為客戶自制，我司不提供該業務）。3）總線網關網關通常以一個監控房間為單元，采用一個網關接多個數據采集器的方式。數據采集器通過RS485總線和網關鏈接，從而在網關完成多數據采集器的溫度信息匯集；匯總數據也可以以61850、103/104等協議SCADA系統連接。*（本部分默認為客戶自制，我司亦可根據客戶需求另行定制）。4）傳感器與數據采集器最低層的是分布放置的溫度傳感器，傳感器和被測點直接接觸，例如放置在開關柜母線上；數據采集天線放置在傳感器芯片約3數據采集器給傳感器發送問詢信號，溫度監測結果返回到數據采集器，從而完成溫度數據采集。3.2.2系統功系統具有如下基本功能：1)異常情況下的溫度應發故障報警針對電網溫度超過警戒溫度實時報警；針對溫度升溫過快報警；自動和手動保存歷史溫度數據，供故障診斷。2)正常運行情況下關鍵節點的全健康狀態監測8實時監測關鍵節點的溫度實時狀況；給出溫度歷史曲線，預測關鍵節點的健康狀態；自動和手動保存歷史溫度數據，供故障診斷。3)實現電網關鍵點的測溫網絡覆蓋封閉環境內，數據采集器天線到傳感器之間3米范圍內實現無線連接；數據采集器到網關之間通過RS485總線連接，可實現1500米以內傳輸；網關到監控機房、主站之間，可以采用以太網、光纖或者無線實現遠距離傳輸。通過上述基本功能的使用和發掘，結合其他相關系統及標準，可以實現以下拓展功能：1)高壓開關柜的狀態檢修當發現開關柜各觸點溫度出現異常狀況，調用實時負荷數據等其他相關運行數據，借助故障診斷專家系統，可進行綜合數據分析和故障診斷，實現高壓開關柜的狀態檢修：打破傳統定期檢修的模式，對不同狀實時監測關鍵節點的溫度實時狀況；給出溫度歷史曲線，預測關鍵節點的健康狀態；自動和手動保存歷史溫度數據，供故障診斷。3)實現電網關鍵點的測溫網絡覆蓋封閉環境內，數據采集器天線到傳感器之間3米范圍內實現無線連接；數據采集器到網關之間通過RS485總線連接，可實現1500米以內傳輸；網關到監控機房、主站之間，可以采用以太網、光纖或者無線實現遠距離傳輸。通過上述基本功能的使用和發掘，結合其他相關系統及標準，可以實現以下拓展功能：1)高壓開關柜的狀態檢修當發現開關柜各觸點溫度出現異常狀況，調用實時負荷數據等其他相關運行數據，借助故障診斷專家系統，可進行綜合數據分析和故障診斷，實現高壓開關柜的狀態檢修：打破傳統定期檢修的模式，對不同狀態的開關柜制定不同的檢修策略（包括檢修時間和檢修項目），最終更加有效的保障設備安全穩定運行。2)開關柜在線監控測溫相關技術標準的形成和改進在開關柜中安裝無源無線溫度在線監測系統，可實時監控開關柜的運行溫度狀況，及時發現和搜集運行過程中的異常。通過對大量不同廠家、型號、結構、安裝方式的開關柜的溫度數據進行對比，可輔助分析不同廠家開關柜質量、不同型號開關柜在不同運行環境下的運行穩定性、不同安裝方式對開關柜運行造成的影響等。3)輔助分析電網運行狀況開關柜中測量點的溫度絕對值高低、溫度變化速率、不同相別觸點的溫差，可反映出電網的負荷高低、三相不平衡等情況，從而輔助全面9分析電網的運行狀況。3.2.3適用范本系統測溫范圍為:-40～125℃，廣泛應用于以下領域：1)開關柜測溫可監測高壓開關柜內開關觸點、母排接頭、電纜接頭等設備的溫度。2)電力電纜系統測溫可監測電纜接頭、地下電纜、電廠電纜溝熱點、電纜分支箱接頭開分析電網的運行狀況。3.2.3適用范本系統測溫范圍為:-40～125℃，廣泛應用于以下領域：1)開關柜測溫可監測高壓開關柜內開關觸點、母排接頭、電纜接頭等設備的溫度。2)電力電纜系統測溫可監測電纜接頭、地下電纜、電廠電纜溝熱點、電纜分支箱接頭開關等設備的溫度。3)變電站外場接頭測溫變電站內變壓器及其連接設備的溫度、變電站母排溫度監測、變電站高壓互感器等接頭溫度。4）強磁場節點測溫大功率發射設備的大電流節點、冷凝器、整流柜內的溫節點、電感線圈和高壓開關等儀器的測溫。3.2.4命名規3.3系統硬3.3.1采集器與天3.3系統硬3.3.1采集器與天采集器天1234567894433（免申請銅124433（免申請銅12345--67℃-355SAW45SAW43m（與采集器天線≥10與動靜觸頭結合點的距離1234567893.4系統軟3.4.1客戶端軟63.4.2服務器端軟件，安裝于主63.4.2服務器端軟件，安裝于主3.5標準和規3.5.1標準和規GB14598.27-2008產品安全要求JB/T4259-1996JB/T7828-1995繼電器及裝置包裝貯運技術條件14598.16－200214598.18－2002浪涌抗擾度試驗3.5.2JB/T7828-1995繼電器及裝置包裝貯運技術條件14598.16－200214598.18－2002浪涌抗擾度試驗3.5.2型式試驗(部分序號123456789●●●●●●●●●●●●●●○○○○○○○○●●●******○○●●*○○○○○○○○●公司基于中科院聲學所多年開發核心優勢，經過5年多產品開發，奠定從技術基礎理論和應用解決方案國內領先水平，核心指標接近或超過國外產品。具體積累優勢如下：1)公司完成知識產權、工藝和標準構建擁有產品全部自主知識產權：包括傳感芯片、電子電路、信號雷達、算法邏輯、材料工程等核心13項專利，還有多項申請中；傳感器芯片工藝全程掌控：16年的自主開發和芯片生產經驗；制定SAW電力測溫行業標準：全自主開發產品檢驗和標定設備，保證精準產品。2)突破6項核心公司基于中科院聲學所多年開發核心優勢，經過5年多產品開發，奠定從技術基礎理論和應用解決方案國內領先水平，核心指標接近或超過國外產品。具體積累優勢如下：1)公司完成知識產權、工藝和標準構建擁有產品全部自主知識產權：包括傳感芯片、電子電路、信號雷達、算法邏輯