浅谈基于CT取电无线测温系统低功耗的实现与应用

1引言

2感应取电线圈设计

       母线供电的核心器件是磁感应线圈，也是设计的难点。母线上的电流变化外围较大:低***安，高达上千安，市面常见10kV高压开关柜的额定电流有630A、250A、600A等。在设计磁感应线圈的过程中要考虑到：当母线处于小电流状态时，磁感应线圈获得的能量较小，系统不能正常工作；当母线电流超过额定电流的强电状态,或者短路故障电流时，磁感应线圈产生的高压尖脉冲对副边各器件造成的干扰和损坏,尤其是对后续电路的干扰。因此在母线电流较为复杂的情况下，磁感应线圈的铁芯材料的选型极为关键。
2.1铁芯材料选择
       目前可供使用的铁芯材料有硅钢材料、坡莫合金材料和纳米晶材料，经过试验本产品选用硅钢材料铁芯满足设计要求，价格较便宜，使得本产品在同行业中更有竞争力。
2.2线圈匝数设计
       对感应取电建立简化模型，进行理论分析。假设感应取电的初级线圈和次级线圈达到全耦合电磁感应，并且不考虑初级线圈和次级线圈的漏感，建立感应取电简化模型如图1所示。

图1感应取电简化模型
根据电磁感应取电定律,可以得出以下基本公式

       Φ为主磁通量;H为磁感应强度;L为磁路长度;B为磁感应强度;A为铁芯截面积;N1和N2分别是初级和次级线圈的匝数。
       感应取电装置工作于理想优状态时，应该是母线电流的半个周期内，铁芯的磁感应强度从负饱和增加到正饱和，此时可以取得大功率，即输出电压大值U2max。
       感应取电装置工作于理想优状态时，应该是母线电流的半个周期内，铁芯的磁感应强度从负饱和增加到正饱和，此时可以取得大功率，即输出电压大值U2max。
本产品铁芯选用硅钢的饱和磁感应强度2.03,截面积A-10-4m2,r=π,大电压为7.5V,则带入公式计算出，

则本产品选取优匝数取4800。

3感应取电硬件设计

3.1硬件实现原理图
       通过感应线圈取电后，经钳位保护电路、整流电路、线性稳压为工作电路板供电，电路如图2所示,原理图如3所示。

图2感应取电方框图

4软件低功耗实现

       当母线处于小电流状态时，磁感应线圈获得的能量较小,这样整个电路功耗很低，这样不仅要求芯片低功耗，软件设计也尤为重要。低功耗程序设计，通过单片机和无线收发器的休眠以及外围电路的关断，使得整个电路大电流不超过30ms,无线发射时功耗不超过500ms。
       首先要对单片机和无线收发器进行配置，为了防止节点死机,设计看门狗程序;为了能够进入休眠模式三，进行电源管理和内核电压监测设置;为了防止各个节点同时发送数据岀现碰撞,采用随机延时算法;为了降低功耗，对温度传感器芯片进行关断，具体如下图实现。通过单片机10控制三极管温度传感器芯片进行电源关断和AD采样等具体实现如图4所示。

图4温度采样电路低功耗实现
       无线测温系统软件流程图如图5所示，主要工作原理单片机进入休眠模式Halt,单片机处于停机状态,需要定时唤醒，设置内部RTC时钟作为定时器，定时唤醒单片机进行温度采样，采样后存，下一次单片机唤醒后设置无线发送模块工作，将温度数据发送给主机。

图5无线测温节点软件流程图

5安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍

5.1概述
       开关柜温度在线监测系统是基于470MHz无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头，柜体表面等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。
5.2应用场所
       变电所，配电室，箱变等
 
5.3系统架构
       开关柜无线测温系统由无线温度传感器、测温通讯终端（温度显示仪）、温度监测预警工作站三部分组成，

 
5.4系统功能

5.4.1实时监测
       Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息。
5.4.2温度查询
       温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）：
5.4.3运行 表
       查询各回路设备运行温度 表。
5.4.4实时 警
       壁挂式无线测温监控设备具有实时 警功能，设备能够对温度越限等事件发出警告。设备提供以下几种告警方式：
       1）弹出事件 警窗口。
       2）实时语音 警功能，能够对所有事件发出语音告警。
       3）短信警告。可以向指定手机号码发送告警信息短信（需选配短信猫）。
5.4.5历史告警查询
       Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有告警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
5.4.6用户权限管理
       Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
5.4.7定值设置
       用于修改高温定值、超温定值。
       WEB，手机APP（可选）：
       通过 址和手机APP展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。
5.5.产品选型
5.5.1无线测温传感器选型

5.5.2收发器选型

5.5.3测温通讯终端（温度显示仪）选型

5.6典型配置方案
5.6.1高低压柜内电气接点无线测温（单柜就地显示）
       a）配置方案

 
       说明：ARTM-Pn通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收60只无线温度传感器
ATE100/100M/200/400/100P/200P。
       b）安装实例

   
 
5.6.2高压柜内电气接点无线测温带操显功能（单柜就地显示）
       a）配置方案

       说明：ASD320通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收12只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
       b）安装实例

5.6.3高低压柜内电气接点无线测温（集中就地显示/就地无显示）
       a）配置方案

       说明：触摸屏通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果现场不需要就地显示，可以直接通过ATC的RS485接口，把数据传送到值班室的远程温度监控系统。
       b）安装实例

5.6.4就地壁挂式集中显示方案（适用于改造，不方便在柜子上加装显示屏的现场）
方案一：Acrel-2000T/A就地集中显示：

       说明：Acrel-2000/A通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
方案二：Acrel-2000T/B就地集中显示：

       说明：Acrel-2000T/B不仅可以通过RS485连接多种ATC收发器接收所有型号传感器实现集中显示，还可以通讯连接配电室内无线测温相关就地显示装置实现集中显示，同时还可以连接配电室内智能操控、微机保护、电力仪表等电力监控设备进行监测。
5.6.5低压电气接点有线测温、变压器绕组测温
       a）配置方案

       说明：ARTM-8温度巡检仪可配8路Pt100传感器，有线连接，Pt100传感器客户自配，测量低压电气接点时Pt100传感器需做好绝缘处理。
       b）安装实例

6总结