摘要：随着我国社会经济的不断发展和科学技术水平的日益提高，电力行业逐渐有了突飞猛进的进步，而在现代电力系统不断朝大机组化、大容量化的发展过程中，对于电力设备的质量和稳定也提出了更高要求。但是，在实际的电力设备应用过程中，电力设备很容易因为散热不良、接触不良等原因出现发热严重的问题，轻则影响电力设备的使用寿命，重则造成严重的电力事故。基于此，本文以电子设备的温度检测节点为研究对象，结合温度检测节点运作原理分析了节点的功耗状态，并结合实际情况设计了温度检测节点的自供电电源。
关键词：电力设备；温度检测节点；功耗研究；试验分析；自供电；电源设计
引言
通常来说，对电网中各种电力设备进行实时温度检测是确保电力设备稳定安全运行的重要手段，其不仅可以有效规避设备故障和电力事故的发生，还可以大幅延长电力设备的使用寿命，减少因设备损坏造成的人力物力损失。从目前来看，我国现有电力设备采用的是一种基于无线射频通信技术的温度检测节点，该节点可基本实现待机等待、数据收集、分析处理、无线通信等功能，而根据该节点在不同工作状态下各项参数进行研究，可归纳出节点的功耗变动规律，同时借助自供电电源，可实现温度检测节点的持续工作，确保及时发现并预警电力设备的过热问题。
1电力设备温度检测节点应用背景及现状
1.1应用背景
在电力系统的实际运作中，由于电缆接头、开关触点、消弧线圈等关键电力元件在长期使用过程中会出现损耗，很容易导致过载、散热不良的问题，如果不能及时就隐患元件进行更换，那么便很容易引发设备故障或电力事故，造成整个电力系统的瘫痪，因此，就电力设备进行温度检测成为了改善设备过载、过热问题的关键所在。
1.2应用现状
从目前来看，我国已经基本推行了以红外测温、分布式光纤测温为例的许多种在线测温方式，且价格较为便宜的红外测温方式已经在电力行业中有了较为广泛的应用，但由于红外测温需要由工作人员手动完成，往往并不能准确检测电力设备的实际内部温度，且在测量设备外部温度时也很容易出现数据不准确的问题。因此，相较于红外测温，体积较小、抗干扰能力更强、可以实时测量设备内外部温度的分布式光纤测温更加适合电力设备的在线测温，需要注意的是，分布式光纤测温虽然十分安全可靠，但系统布线非常复杂，需要很长时间的安装和预试验，且成本较高，这在很大程度上阻碍了分布式光纤测温的推广应用。
除红外测温、分布式光纤测温外，近几年无线测温技术作为一种在计算机技术和无线通信技术发展基础上诞生的新型技术，逐渐因为其体积小、维护方便、成本低的特点被人们所关注，一方面，无线测温技术采用将温度传感器紧贴于待测设备节点，将温度数据以无线通信方式发送至检测系统终端的方式实现电力设备的实时测温，这不仅可以让温度监测人员实时对设备温度进行监测，还可以确保温度检测不会出现漏报现象；另一方面，无线测温技术不需要交由较多的电力人员来完成，可以在很大程度上减轻电力企业人力压力，起到节约成本的作用。然而，目前我国的无线温度测温技术仍有很大不足，无线通信设备电量时常不足的问题依旧没有解决，尤其是需要经常更换电池，给电力工作者带来了很多不必要的工作，由此可见，寻找有效解决无线测温技术电量不足问题的方式方法，是当前研究人员的面临的问题所在。
2电力设备温度检测节点功耗分析
2.1温度检测节点构成
一般来说，常用的无线温度检测节点主要包括超低功耗单片机、温度传感器、无线射频收发芯片、电源管理单元以及取能线圈五部分，具体功能模块结构可见图一。其中，单片机主要作用在于接受温度传感器及温度采集单元所提供的实时温度数据和完成温度检测节点的定时待机和工作；无线射频收发芯片主要用于实现温度数据的无线接收和发出；电源管理单元和取能线圈用于给整个节点提供自供电电源。
2.2温度检测节点的功耗状态
一般来说，由于超低功耗单片机的存在，温度检测节点会存在待机阶段、处理阶段、通信阶段等三种功耗状态。首先，在待机阶段，节点的温度检测功能和无线通信功能都处于休眠状态，因此可认为温度传感器和无线射频芯片的功耗为0，再加上单片机处于超低功耗状态，因此待机阶段几乎无功耗；其次，在处理阶段，可从两种情况展开功耗分析，一种是储能电容两端电压低于单片机设定最低值时，温度检测节点为通过自供电电源获取电能进行检测工作，此时自供电电源做功，另一种是储能电容两端电压高于单片机设定最低值时，单片机会开始做功并取温度传感器所测温度数据的平均值，此时单片机做功；最后，在无线通信状态，单片机会将所测的平均温度数据借助无线射频芯片发送至系统终端，因此此阶段内无线射频芯片做功，同时由于单片机在发送数据前需对无线射频芯片进行初始化，因此单片机同样做功。综上来说，温度检测节点在三种功耗阶段内以无线通信阶段做功最多，待机阶段做功最少，这也从侧面印证了节点中单片机的重要性。
图一：为无线温度检测节点功能模块结构图
2.3温度检测节点温度功耗的试验分析
结合上述理论，可根据温度检测节点工作的状态周期进行功耗数据记录，反复取样最终形成三个阶段内的功耗曲线，借助曲线图可针对休眠等待时间、温度检测采样频率进行对照分析，一方面，在休眠等待时间在温度检测节点工作周期内占有时间增多时，节点的平均功耗会大幅降低；另一方面，在温度传感器采样频率增多时，温度传感器会做功更多，进而带动平均功耗的增多。由此可见，科学设置温度检测节点的休眠等待时间和采样频率，是减少节点功耗的一个重要手段。
3温度检测节点自供电电源设计
3.1自供电电源取能方式设计
一般来说，自供电电源主要通过高压输电线路周围的交变磁场和电能变换元件进行直流电压取能，该取能方式与高压输电线路之间会存有安全距离，相对来说较为安全可靠，是目前应用最广泛的一种自供电方式。但是，受电流波动的影响，自供电电源在取能工程中很容易出现电压不稳或发热严重的问题，很容易导致感应线圈的损坏。对此，我们针对现有自供电电源取能方法做出了改进，除了采用环形硅钢片作为磁芯材料以获取更好的电磁性能外，还将感应电流线圈的匝数设置为150匝，这样可在电流电压峰值超出安全限制后自动断开感应，从而实现有效的系统保护。
3.2自供电电源稳压设计
针对现有自供电电源输出电压不稳定的问题，我们采用了一款具备降压型DC稳压器的电源管理芯片，可以在输电线路发生大规模波动时实现可靠的抗冲击保护功能。
结束语
综上，本文结合电力设备在线温度检测元件的应用现状对检测元件在各阶段内的功耗情况进行了详细分析，并简要就现有自供电电源存在问题设计了能够解决取能问题和电压不稳问题的自供电电源，一方面为实现在线温度检测元件长期持续检测工作提出了理论指导，另一方面也给相关研究人员提供了优化温度检测元件功耗问题的有效方法。但是，目前我国在电力设备在线温度检测元件上的研究仍处于较为落后的状态，因此依旧需要广大研究专家进行进一步的研究和试验。
参考文献
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论文作者:吴贵和
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/3
标签：测温论文; 节点论文; 温度论文; 功耗论文; 电力设备论文; 电源论文; 做功论文; 《电力设备》2019年第2期论文;