高壓電氣設備溫度監(jiān)測點都處于高電壓、大電流、強磁場的環(huán)境中，甚至有的監(jiān)測點還處在密閉的空間中，由于強電磁噪聲和髙壓絕緣、空間的限制等問題，通常的溫度測量方法無法解決這些問題而無法使用。無線式溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用無線電波進行傳輸數(shù)據(jù)。傳感器安裝在高壓設備上，與接收設備之間無電氣連接，
一、無源無線測溫行業(yè)應用
發(fā)電廠、變電站的高壓開關柜、母線接頭、室外刀閘開關等重要的設備，在長期運行過程中開關的觸點和母線連接等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，由此最終導致事故發(fā)生。近年來，在電廠和變電站已發(fā)生多起開關過熱事故，造成火災和大面積的停電事故，解決開關過熱問題是杜絕此類事故發(fā)生的關鍵，實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓設備安全運行的重要手段。
高壓開關柜通常要能承受最高達到10000A的工作電流,設備在長期運行過程中，開關的觸點和母線、電纜連接點等因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，溫升超過規(guī)定值，會加速動、靜觸頭等接觸點氧化，氧化結果又導致接觸電阻值增加，促使發(fā)熱更加嚴重，形成惡性循環(huán)。
開關柜內(nèi)有裸露高壓，空間封閉狹小，無法進行人工巡查測溫。而現(xiàn)行的諸如光纖測溫、紅外測溫、有源測溫等方式都存在著這樣那樣的不足。
無源無線測溫主要應用于發(fā)電廠，變電站的高壓開關柜，以及大電流柜，低壓開關柜等。
2、感應取電線圈設計
母線供電的核心器件是磁感應線圈，也是設計的難點。母線上的電流變化外圍較大：低至幾安，高達上千安，市面常見10kV高壓開關柜的額定電流有630A、1250A、1600A等。在設計磁感應線圈的過程中要考慮到：當母線處于小電流狀態(tài)時，磁感應線圈獲得的能量較小，系統(tǒng)不能正常工作；當母線電流超過額定電流的強電狀態(tài)，或者短路故障電流時，磁感應線圈產(chǎn)生的高壓尖脈沖對副邊各器件造成的干擾和損壞，尤其是對后續(xù)電路的干擾。因此在母線電流較為復雜的情況下，磁感應線圈的鐵芯材料的選型很關鍵。
2.1鐵芯材料選擇
目前可供使用的鐵芯材料有硅鋼材料、坡莫合金材料和納米晶材料，經(jīng)過試驗本產(chǎn)品選用硅鋼材料鐵芯滿足設計要求，價格較便宜，使得本產(chǎn)品在同行業(yè)中更有競爭力。
2.2線圈匝數(shù)設計
對感應取電建立簡化模型，進行理論分析。假設感應取電的初級線圈和次級線圈達到全耦合電磁感應，并且不考慮初級線圈和次級線圈的漏感，建立感應取電簡化模型如圖1所示。
圖1感應取電簡化模型
根據(jù)電磁感應取電定律,可以得出以下基本公式
φ為主磁通量；H為磁感應強度；l為磁路長度；B為磁感應強度；A為鐵芯截面積；N1和N2分別是初級和次級線圈的匝數(shù)。
感應取電裝置工作于理想狀態(tài)時，應該是母線電流的半個周期內(nèi)，鐵芯的磁感應強度從負飽和增加到正飽和，此時可以取得功率，即輸出電壓值u2max。
本產(chǎn)品鐵芯選用硅鋼的飽和磁感應強度2.03, 截面積A=10-4m2，T=π，電壓為7.5V，則帶入公式計算出，則本產(chǎn)品選取匝數(shù)為4800。
3、感應取電硬件設計
通過感應線圈取電后，經(jīng)鉗位保護電路、整流電路、線性穩(wěn)壓為工作電路板供電，電路如圖2所示，原理圖如3所示。
圖2感應取電方框圖
圖3感應取電硬件原理圖
3.2工作原理
根據(jù)設計好的感應線圈，通過各設計參數(shù)選取器件，本產(chǎn)品采用二極管D1進行半波整流，參數(shù)根據(jù)輸入電壓值u2max來選取。C3電解電容進行濾波，穩(wěn)壓芯片采用 NCP551-3.3V，該芯片輸入電壓為12V，靜態(tài)電流0.4uA很適合微功耗電路。輸出3.3V給單片機提供電源。C1選取大容量固態(tài)電容，這個電容很重要，選取固態(tài)電容好處，當微控制器由低功耗狀態(tài)轉為全負荷狀態(tài)時，這種微控制器的瞬間（一般小于5ms）切換需要的大量能量均來自供電電路中的電容，此時固態(tài)電容高速充放電特性可以在瞬間輸出高峰值電流，保證充足的電源供應，確保整個電路穩(wěn)定工作。
3.3硬件低功耗實現(xiàn)
微控制器芯片采用STM8L系列芯片，該單片機有四種低功耗模式，其中halt模式下可以達到350nA，很省電。從Halt模式喚醒的時間也非常快，只需要5us。這樣只要軟件程序合理，在實際測試中母線電流8A無線測溫模塊即可啟動工作。
本文采用的是Nordic2.4G無線通信技術來實現(xiàn)傳輸溫度數(shù)據(jù)，工作電壓范圍為3.6V~1.9V,滿足本文所要求的低功耗需求，該芯片其具有以下特點：（1）運行功耗低，實際運用時可根據(jù)采集溫度數(shù)據(jù)間隙的時間，控制其工作時間以達到進一步降低其平均功耗；（2）傳輸速率高，有利于實現(xiàn)“實時”溫度監(jiān)控的目的；（3）經(jīng)濟性好，有利于控制測溫系統(tǒng)的運維成本；（4）體積小，便于運用在溫度傳感器上。
4、軟件低功耗實現(xiàn)
當母線處于小電流狀態(tài)時，磁感應線圈獲得的能量較小，這樣整個電路功耗很低，這樣不僅要求芯片低功耗，軟件設計也尤為重要。低功耗程序設計，通過單片機和無線收發(fā)器的休眠以及外圍電路的關斷，使得整個電路電流不超過30ms，無線發(fā)射時功耗不超過500ms。
首先要對單片機和無線收發(fā)器進行配置，為了防止節(jié)點死機；需設計看門狗程序；為了能夠進入休眠模式三，需進行電源管理和內(nèi)核電壓監(jiān)測設置；為了防止各個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)岀現(xiàn)碰撞，需采用隨機延時算法；為了降低功耗，需對溫度傳感器芯片進行關斷，具體如下圖實現(xiàn)。通過單片機10控制三極管溫度傳感器芯片進行電源關斷和AD采樣等具體實現(xiàn)如圖4所示。
圖4溫度采樣電路低功耗實現(xiàn)
無線測溫系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示，工作原理單片機進入休眠模式Halt，單片機處于停機狀態(tài)，需要定時喚醒，設置內(nèi)部RTC時鐘作為定時器，定時喚醒單片機進行溫度采樣，采樣后存，下一次單片機喚醒后設置無線發(fā)送模塊工作，將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給主機。
