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局部放电和温度综合在线监测装置

产

品

说

明

书

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局部放电和温度在线监测装置

一、技术发展历程

脉冲电流法是当前普遍认可且广泛使用的一种局部放电量测试方法，其结果

是以 pC 为单位的视在放电量，属于定量性质的测量，能客观反映电气设备的绝

缘状态。IEC 对此在 2000 年制定了专门的检测标准。每一次局部放电现象都伴

随着正负电荷的中和，表现为一个具有极陡上升沿的电流脉冲，脉冲电流法即通

过测量该脉冲电流的大小来计算局部放电量的大小。基于脉冲电流法的局部放电

测试通常用于电气设备的型式试验、出厂试验和其他离线测试中,通过无局部放

电的可控升压测量系统实现测试。而实际运行设备现场由于存在各种形式的电磁

干扰，并不具备相比于离线测试时的无局部放电升压测试条件，所以基于脉冲电

流法的带电或在线局部放电测试应用较少。

根据上述特点，本公司进行了改进，采用先进软硬件相结合的消噪抗干扰技

术，实现了该方法在运行高压开关柜设备中的应用。锐意创新，坚持走技术研发

之路，确保产品技术领先，以满足当今企业客户对产品性能不断提升的要求，让

客户充分的受益于我们的领先技术和出色的可靠性。

二、技术特点

该技术在脉冲电流法的基础上进行了改进，共用高压开关柜带电显示装置的

绝缘子式电容传感器进行在线局部放电监测，检测方法和结果符合 IEC60270-

2000 及 GB/T 7354-2003 标准。

该技术的优点如下：

（1）高压开关柜普遍配置了带电显示器，通过一个母线支撑绝缘子等效成

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的电容器和 LED 灯串联实现对三相母线带电情况进行指示。该技术将该等效电容

器作为脉冲电流法局部放电测试的耦合电容器，并通过集成了局放加强器的带电

显示装置外接测试系统实现对局部放电的在线监测。该技术对三相信号同时采集、

分析、处理，通过硬件算法将电网中的高次谐波干扰及其他的共模干扰滤除掉。

该技术使用开关柜原有的绝缘子等效电容器来进行监测，无须再增设电容传感器，

减少了安装成本及布线。

（2）该技术采用标准的 PD 信号发生器进行在线校准，这一技术在国内还没有，

通过在线校准可以消除开关柜内部各种等效参数的影响，进而保证检测的精度，

符合国家标准和国际标准。

3、局放温度在线监测拓扑图

局放在线监测装置采用超低功耗设计，抗干扰能力强，可在线校准；兼备三

相带电显示功能，LED 显示开关柜是否带电，免维护功耗低，可核相且核相电压

低。

4、技术参数

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4.1 功能参数

项目 参数

安装方式 前面板安装、嵌入式需开孔

工作电压 AC 220V 50Hz

通讯方式 RS485/433MHz

接口 USB-B/RJ45 以太网

额定测量范围 0~1000pC

耦合电容 3PF-150PF 取决于设计

适用电压等级 5kV~36kV 取决于设计

带电指示 LCD

继电器触点 5A/250V AC 5A/30V DC

电源 230V AC±10%

功耗 3W

防护等级 IP54

工作温度 -40℃~70℃

工作湿度 ＜95%RH

海拔高度 ＜4000m

前面板开孔尺寸 长 x 宽=92mmx44mm

外形尺寸 长 x 宽 x 深=96.6mmx48.6mmx98.3mm

4.2 电气接线及端子定义图

4.3 运行界面说明

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4.4 外形尺寸

5、安装方式

5.1 前面板安装

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嵌入式，前面板开孔尺寸：92mm*44mm。

5.2 安装示意图：

6、上位机软件

步骤一

1、 打开局部放电在线监测系统上位机软件，进入通讯设置界面，如上图所

示，选取所需串口号，其它参数默认设置。点击“ ”，

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界面出现“ ”，则通讯连接成功，点击“确定”即可。如出

现 ，则表示通讯连接失败。

2、 点击“ ”按钮，可以实现设备复位功能。

步骤二

1、点击菜单栏“相图测量”，选取 PRPD 谱图“ ”，进入

PRPD 谱图界面如上图所示。

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2、先创建一个空白 doc 文档，点击界面文件保存路径“ 至该

doc 文档”，PRPD 谱图最终以图片形式将数据保存至该文档所在的文件夹内。

3、设置“运行周期”和“保存周期”。如设置值为“ ”表示谱

图只运行 20 个交流周期，运行完 20 个交流周期后，上位机停止图谱统计。运

行过程中如需暂停，点击界面右下角“ ”；局放数据保存 2 个交流周期

（分别为第 19、20 个交流周期）。

4、点击“ ”，开始进行图谱统计；运行过程中如需暂停，点击界面右下

角“ ”图谱统计结束。

步骤三

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1、 点击菜单栏“参数配置” ，进入“局放参数配置”界面

如上图所示，点击“ ”读取设备当前参数配置值，

“ ”，“所有通道”里的“485-ID”代表此设备的设备地址，

点击“通道配置”就进入如下界面，里面是各个通道的报警延迟时间和报

警门限相关参数；

2、 如果需要变更参数值，输入要变更的参数值，点击“ ”完成参数

变更配置。

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7、Modbus 通讯规约

（1）物理接口

1.1 串行通讯口采用 RS485 方式。

1.2 信息传输方式采用半双工异步方式。

1.3 波特率 9600 Baud，8 位数据位，1 位停止位，无奇偶校验

1.4 在现场总线设备中，局放监测主机通讯口作从站。

（2）本通讯转换器支持的 MODBUS RTU 通讯帧结构解释：

符合标准 MODBUS RTU 通讯协议格式，如下图 所示。

2.1、地址域

MODBUS RTU 从站地址域为一个字节，此地址域由贵公司提供，响应网

络数据帧中地址域数据与自身地址 相等的数据信息命令。

2.2、功能码域

MODBUS RTU 通讯协议中功能码域包括一个字节，局放监测主机功能码参见

下表：

功能码 含义 功能描述

0X02 读开关量输入(遥信) 读取本公司局放监测主机的局放报警

和温度报警

0X03 读取寄存器数据（遥测） 读取本公司局放监测主机的局放数据

和温度数据

0X04 读配置参数 读取本公司局放监测主机的485设备地

址、局放报警门限、温度报警门限和

温度传感器ID参数

0X10 设置相关参数 设置本公司局放监测主机的485设备地

址、局放报警门限、温度报警门限和

温度传感器ID参数

2.3、数据域

2.3.1、 MODBUS RTU 通讯协议遥信数据域长度为8个bit位

，则定为1个字节，具体如下：

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bit位 定义

bit1 0 第一通道局放正常

1 第一通道局放报警

Bit2 0 局放装置运行正常

1 局放装置自检报警

Bit3 0 温度传感器1正常

1 温度传感器1报警

Bit4 0 温度传感器2正常

1 温度传感器2报警

Bit5 0 温度传感器3正常

1 温度传感器3报警

Bit6 0 温度传感器4正常

1 温度传感器4报警

Bit7 0 温度传感器5正常

1 温度传感器5报警

Bit8

0 温度传感器6正常

1 温度传感器6报警

遥信报文解析

(1) 主机发送到从机报文解析：

27 02 00 00 00 08 7E CA

byte1: [27] - 从机地址；

byte2: [02] - 功能码：读开关量输入地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 08] - 开关量数量（8个开关量）；

byte7~byte8: [7E CA] - 校验码；

（2）从机发送到主机报文解析：

27 02 01 FC AA 81

byte1: [27] - 从机地址；

byte2: [02] - 功能码：读寄存器地址；

byte3: [01] - 数据长度：共8个开关量，1（0x01）个字节；

Byte4: [FC] - 8个遥信数据；

遥信值解析如下：

FC（十六进制） 11111100(二进制)

bit1: [0] - 局放报警开关量；

bit2: [0] - 局放监测仪自检开关量；

bit3: [0] - 温度传感器1报警开关量；

.

.

.

.

Bit8: [0] - 温度传感器6报警开关量；

Byte5~byte6: [AA 81] - 校验码；

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2.3.2、 MODBUS RTU 通讯协议遥测数据域长度为28个字节

，具体如下：

字节 定义

第1、2字节 为监测到的局放数值（高字节在前）

第3、4字节 放电频度（高字节在前）

第5、6字节 温度传感器1数值（高字节在前）

第7、8字节 温度传感器2数值（高字节在前）

……… …………

第13、14字节 温度传感器5数值（高字节在前）

第15、16字节 温度传感器6数值（高字节在前）

遥测报文解析

(1) 主机发送到从机报文解析：

27 03 00 00 00 08 43 0A

byte1: [27] - 从机地址；

byte2: [03] - 功能码：读寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 08] - 寄存器数量（8个寄存器）；

byte7~byte8: [43 0A] - 校验码；

（2）从机发送到主机报文解析：

27 03 10 00 01 00 00 00 D5 00 D5 00 C0 00 D5 00 D5 00 C0 E1 FA

byte1: [27] - 从机地址；

byte2: [03] - 功能码：读寄存器地址；

byte3: [10] - 数据长度：共16（0x10）个字节；

byte4~byte5: [00 01] - 局放监测数据；

byte6~byte7: [00 00] - 放电频度；

byte8~byte9: [00 D5] - 温度传感器1数据；

byte10~byte11: [00 D5] - 温度传感器2数据；

.

.

.

Byte28~byte29: [00 D5] - 温度传感器11数据；

byte30~byte31: [00 C0] - 温度传感器12数据；

byte32~byte33: [E1 FA] - 校验码；

2.3.3、 MODBUS RTU 通讯协议读取设备相关配置参数，具

体如下：

字节 定义

第1-4字节 485设备地址（高字节在前）

第5-8字节 局放报警延迟时间（高字节在前）

第9-12字节 局放报警门限值（高字节在前）

第13-16字节 温度报警门限值（高字节在前）

第17-20字节 温度传感器1ID（高字节在前）

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第21-24字节 温度传感器2ID（高字节在前）

……… …………

第33-36字节 温度传感器5ID（高字节在前）

第37-40字节 温度传感器6ID（高字节在前）

遥测报文解析

(1) 主机发送到从机报文解析：

3C 04 00 00 00 0A 74 E0

byte1: [3C] - 从机地址；

byte2: [04] - 功能码：读寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器数量（10个寄存器）；

byte7~byte8: [74 E0] - 校验码；

（2）从机发送到主机报文解析：

3C 04 28 00 00 00 3C 00 00 00 3C 00 00 00 43 00 00 00 0F 00 02 7A

B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 80

9B

byte1: [3C] - 从机地址；

byte2: [04] - 功能码：读寄存器地址；

byte3: [28] - 数据长度：共40（0x28）个字节；

byte4~byte7: [00 00 00 3C] - 485设备地址；

byte8~byte11: [00 00 00 3C] - 局放报警延迟时间；

byte12~byte15: [00 00 00 43] - 局放报警门限值；

byte16~byte19: [00 00 00 0F] - 温度报警门限值；

byte20~byte23: [00 02 7A B8] - 温度传感器1ID；

byte24~byte27: [00 02 7A B9] - 温度传感器2ID；

.

.

.

Byte36~byte39: [00 02 7A B9] - 温度传感器5数据；

Byte40~byte43: [00 02 7A BA] - 温度传感器6数据；

Byte44~byte45: [80 9B] - 校验码；

2.3.4、 MODBUS RTU 通讯协议设置设备相关配置参数，具

体如下：

字节 定义

第1-4字节 485设备地址（高字节在前）

第5-8字节 局放报警延迟时间（高字节在前）

第9-12字节 局放报警门限值（高字节在前）

第13-16字节 温度报警门限值（高字节在前）

第17-20字节 温度传感器1ID（高字节在前）

第21-24字节 温度传感器2ID（高字节在前）

……… …………

第33-36字节 温度传感器5ID（高字节在前）

第37-40字节 温度传感器6ID（高字节在前）

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遥测报文解析

(1) 主机发送到从机报文解析：

3C 10 00 00 00 0A 28 00 00 00 27 00 00 00 3C 00 00 00 43 00 00 00

0F 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00 02 7A BA 00 02 7A B8 00 02 7A B9 00

02 7A BA 8C 0E

byte1: [3C] - 从机地址；

byte2: [10] - 功能码：读寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器数量（10个寄存器）；

byte7: [28] - 数据长度：共40（0x28）个字节；

byte8~byte11: [00 00 00 27] - 485设备地址；

byte12~byte15: [00 00 00 3C] - 局放报警延迟时间；

byte16~byte19: [00 00 00 43] - 局放报警门限值；

byte20~byte23: [00 00 00 0F] - 温度报警门限值；

byte24~byte27: [00 02 7A B8] - 温度传感器1ID；

byte28~byte31: [00 02 7A B9] - 温度传感器2ID；

.

.

.

Byte40~byte43: [00 02 7A B9] - 温度传感器5数据；

Byte44~byte47: [00 02 7A BA] - 温度传感器6数据；

Byte72~byte73: [8C 0E] - 校验码；

（2）从机发送到主机报文解析：

3C 10 00 00 00 0A 44 E3

byte1: [3C] - 从机地址；

byte2: [10] - 功能码：读寄存器地址；

byte3~byte4: [00 00] - 寄存器起始地址；

byte5~byte6: [00 0A] - 寄存器数量（16个寄存器）；

Byte7~byte8: [44 E3] - 校验码；

▲使用注意事项

在仔细阅读说明书的前提下，按说明书接线方可通电。

▲产品订购

用户根据需求，须在订货单中注明以下事项：

1．产品型号：所需产品的准确型号；

2．收货单位：单位名称、详细地址、收货人、邮编及联系电话等

3．货运方式：铁路快件、中铁快运、邮政运输、航空运输及货物到站名称；

4．开具增值税票所须填写项。

以下空白

声表面波（SAW）

无线无源测温系统简介

浙江华采科技有限公司

目录

目 录

1. 原理与功能概述 ..................................................................................1

1.1 SAW 无线无源测温技术...............................................................1

1.2 无线无源测温原理 .......................................................................1

1.3 功能简介 .......................................................................................2

1.4 产品优势 .......................................................................................2

1.5 应用领域 .......................................................................................2

2. 系统组成概述 ......................................................................................5

2.1 采集核心模组 ...............................................................................5

2.2 采集器.............................................................................................5

2.3 采集器天线 ...................................................................................6

2.4 SAW 温度传感芯片...................................................................7

2.5 温度传感器探头 .........................................................................7

2.6 上位机软件 .................................................................................9

3. 案例.....................................................................................................10

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1. 原理与功能概述

1.1 SAW 无线无源测温技术

声表面波（Surface Acoustic Wave，SAW）是沿物体表面传播的一种

弹性波，不同的边界条件和传播介质条件可以激发出不同模式的声表面

波。无线无源测温标签中的声表面波温度传感器，用于电力行业的变电

站开关柜及电力设备测温，温度传感器是直接安装在被测物体表面的测

温元件，负责接收探寻射频信号，并返回带温度信息的射频信号。

1.2 无线无源测温原理

该传感器基于压电原理，通过频率变化反应压电基片的热胀冷缩效

应，其结构如下图 1.1 所示。基本工作过程如下：

1） 采集器发射激励信号：由采集器完成电信号调制，通过采集器天线

将调制的电磁波信号发到传感器天线；

2） 传感器接收激励信号：SAW 传感器的接收天线收到电磁波信号，通

过逆压电效应，在 SAW 传感器上产生声波信号；

3） 传感器调制温度信号：声信号感受压电晶体热胀冷缩，把温度信息

调制到声信号中，声信号再通过压电效应，转化成电磁波信号，并

且通过传感器天线发送出去；

4） 采集器接收返回信号：采集器天线接收返回的电磁波信号，解调出

温度信息。

图 1.1 声表面波传感器基本原理图

发送信号

传感器标签

传感器天线

采集器

采集器天线

返回信号

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1.3 功能简介

1) 实时监测电网正常工作时关键节点的状态，协助电网状态检修。

2) 和上位机配合，实现温度异常应发故障报警：

 温度超过警戒温度（可自行设置）实时报警；

 温度升温过快时报警。

3）与系统配合，辅助分析电网运行状况：

 检测节点温度变化率；

 检测相邻节点温差；

 反映电网的负荷高低、三相不平衡状况。

1.4 产品优势

由于 SAW 传感器是通过声电耦合作用，具有如下独特优势：

 传感器具有标签自校验功能；

 传感器标签精度高（±2℃）；

 传感器标签稳定性高，使用寿命长；无线无源易安装维护；

 检测温度范围大(-40℃～125℃)；

 抗强电磁干扰能力强。

1.5 应用领域

1) 开关柜测温

监测各种型号的高压开关柜内开关触点、母排接头、电缆接头等设

备的温度。

图 1.2 高压开关柜

3

2) 电力电缆系统测温

监测电缆接头、地下电缆、电厂电缆沟热点、电缆分支箱接头开关

等设备的温度。

图 1.3 电缆接头

3) 变电站外场接头测温

变电站内变压器及其连接设备的温度、变电站母排温度监测、变电

站高压互感器、干式变压器及油浸式变压器接头等接头温度。

图 1.4 变电站外场接头

4

4）强磁场节点测温

大功率发射设备的组合电器，大电流节点、整流柜内的温节点、电

感线圈和高压隔离开关等仪器的测温。

图 1.5 强磁场节点

5）穿墙套管母排测温

图 1.6 穿墙套管母排

5

2. 系统组成概述

2.1 采集核心模组

采集核心模组用于无线采集 SAW 传感器信号，解调温度信息并根

据特定的通讯协议上传数据。采集核心模组具体指标如表 2.1 所示，通

信协议见模组通讯协议说明文档。

表 2.1 采集器模组指标

序号 名称 指标

1 工作电源 5VDC

2 功耗 ＜3W

3 工作环境 温度：-20℃～+70℃；湿度：0%～95%

4 储存环境 温度：-40℃～+85℃；湿度：0%～95%

5 通信接口 串口 TTL（具备 RS485控制引脚）

6 传感器数量/单采集器 1～36

7 使用寿命 ≥10年

a) 顶视图 b) 底视图

图 2.1 采集器核心模块

2.2 采集器

采集器在核心模组的基础上增加了电源、外设接口和外壳以方便使

6

用。

图 2.2 采集器

工作电源：AC220V

工作环境温度：-40℃~150℃

工作环境湿度：0%~95%

结构尺寸：152mmx95mmx40mm

通讯接口：RS485，MODBUS 协议

2.3 采集器天线

采集器天线如下图所示，包括天线辐射体、射频电缆及 SMA 接头。射频线

可以根据实际需要进行延长，SMA 接头使用的是内螺纹内针接头。

图 2.3 采集器天线

射频电缆

SMA 接头

天线辐射体

7

采集器天线相关参数分别如表 2.2 所示。

表 2.2 采集器天线详细技术参数

序号 名称 指标

1 输入阻抗 50Ω

2 天线尺寸 <250mm×70mm×26mm

3 辐射体 铜

4 连接器型号 SMA

5 工作环境 温度-20～70℃；湿度：0%～95%

6 外壳颜色 黑色

2.4 SAW 温度传感芯片

SAW 温度传感芯片是采用半导体平面工艺，基于水晶压电晶体晶圆制造，如

图 2.4（a）所示，封装后做成芯片的形式，如图 2.4（b）所示。根据检测使用的

环境不同，可以设计为多种形式的温度传感器探头。

a) 传感晶圆 b) 传感芯片

图 2.4 SAW 温度传感芯片

2.5 温度传感器探头

SAW 传感器检测温度是接触式检测，将传感器探头直接安装在被测物体表

面，温度通过铜固定件把热量快速传送给温度传感芯片，从而完成对温度信号的

获取。SAW 传感器探头的详细技术参数如表 2.3 所示。

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表 2.3 温度传感器探头的详细技术参数

序号 名称 指标

1 工作方式 无线、无源测温标签

2 工作环境 温度：-40℃～125℃；湿度：0%～95%

3 传感器尺寸 约30mm×30mm×27.5mm

4 通信距离 2m

5 测温范围 -40℃～125℃

6 温度分辨率 0.1℃

7 测量误差 ≤±2℃

8 使用寿命 ≥20年

垫片型传感器探头：主要应用于环网柜 T 型头、绝缘套管内部接头测温。

表带型传感器探头：主要应用于环网柜触臂位置测温。

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2.6 上位机软件

上位机软件可以同时读取多路传感器探头的温度及信号强度数据，也可以对

采集器进行各种参数的设置和历史记录的读取。

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3. 案例