RFID无源温度传感器在电缆接头中的应用
刘丽强
(北京芳远电器有限公司，北京100029)
摘 要：由于 电缆终端接头在安装时，接线端子处螺栓松动或接触不良导致出现的事故频发，螺栓松动或接触不良最直接就体现在连接点温度异常升高，原有测温方式只能测得电缆接头外表面温度，实际连接点温度在接头内部无法测取，为此，我们研发了电缆接头无线无源在线实时测温装置，该装置是将电缆接头的紧固螺母作为载体，利用RFID射频识别无线通信技术进行数据传输，实现无线无源RFID传感器与连接点导体接触式从而保证测量的准确度，并且有效的解决了传感器在电缆接头内部影响电缆接头电气性能的难题，因此更能减少由于电缆接头螺栓松动或接触不良带来的实际损失。
关键词：电缆接头;RFID温度传感器;在线实时测温; 电气性能
0 引 言
由于我国经济的快速发展，城市电网中电缆应用也随之广泛起来，各种环网柜、箱式变电站、配电柜等设备得到了广泛应用，其安全运行是保证电力系统无事故的关键，意义重大。通过对事故原因的分析，得出事故多数是由于发热引起的，尤其是电缆终端的发热。实际上，接线端子压得不牢或错位，镀层脱落，电缆接头的绝缘老化，局部放电，高压漏电等都会导致接线端子发热。因此，了解电缆接头端子的温度和温度变化，对于避免和减少输配电过程中的电力事故具有重要意义。
通过对电缆接头内部连接点温度的实时在线测量，及时发现隐患，对提高电缆接头和各种配电柜的安全运行具有重要意义。目前，市场上有多种温度测量方法，主要用于电缆、断路器、母线等暴露在空气中的产品。然而，本文中的温度测量点在电缆接头内部。由于结构的限制，现有的测温方法不能满足电缆接头内部测温要求，为了实现实时测量温度，必须将温度传感器置于电缆接头内部。温度传感器的体积必须足够小。为了避免出现局部放电和爬电，保证原有电缆接头本身的绝缘性能，它必须是封闭的，与外界无关。就是不可能有任何与外界的电线连接。那么问题是，如何驱动它工作，没有任何电线，就没有外部电源。没有电源它怎么工作?我们通过查找摸索，找到了 RFID 射频传输无线通信技术。无线通信技术的小型传感器与电缆接头螺母完美组合，确保与发热点的实际接触。通过重复试验和大量数据的分析比较，验证了该方法的安全性和有效性。RFID射频传输无线通信技术由传感器、天线、数据采集器组成，其中传感器植入到电缆接头内部，天线安装在电缆室柜体上，采集器由配电柜提供电源，具体技术原理如下：
采集器周期性的向传感器标签发射射频电波，这个电波一方面传输能量激活传感器，同时也传送包含传感器ID在内的测温命令。而传感器标签在被电磁波激活后启动测温电路，并利用UHF RFID 通讯将量测温度发送给收集器。
1 实验对比验证
1.1 RFID温度传感器的安装
将处理后的RFID温度传感器通固定在电缆接头紧固螺母中，将带有传感器的紧固螺母上紧在压接端子的双头螺栓上，之后将电缆接头后堵盖与电缆接头本体连接紧固好即可，与传统的现场安装相比，没有增加任何外力及安装工艺，安装好的电缆接头在外观上看与原来的没有发生任何变化。能保证电缆接头在运行中的安全性及可靠性。
图1 RFID测温传感器
图2 RFID测温螺母
图3 RFID测温螺母与电缆接头的安装示意图
1.2 模拟测温对比
按照正常的电缆制作工艺制作好一根电缆，之后将电缆接头连接好，电缆接头的紧固螺母是安装了RFID温度传感器的;再将无纸化记录仪的热电偶探头植入到接线端子与平垫中间的实际发热点位置;将无纸记录仪的热电偶固定在电缆接头外表面;保证对比试验的合理性，之后将其接入大电流发生器，模拟电流过大，启动大电流发生器升至1000A，记录下各个测温点的温度进行分析对比，安装如下图，结果分析如下：无论是在响应时间、跟温频率还是温度值上两者几乎所差无几，明显优于电缆接头外表面测取的温度，这就充分证明了此方法的准确性和可靠性。具体如下图：
图4 对比实验安装图
图5 测温对比图
结论：由测温对比图不难看出，从室温到120℃，RFID温度传感器能实时准确的反应电缆接头连接点温度的变化。
2 性能试验验证
通过了测温模拟试验，电气试验同样要满足，下面要根据GB/T12706.4-2008额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第4部分：额定电压6kV(Um=7.2kV)到35kV(Um=40.5kV)电力电缆附件试验要求等相关标准中的相关规定做如下实验：
2.1工频耐压试验
根据GB/T16927.1 -2011高压电试验技术的规定，对做好的试验电缆接头施加39kV电压，5min，电缆接头没有闪络、 击穿，这表明安装了RFID温度传感器的电缆接头工频耐压性能完好。
2.2 局部放电试验
将做过工频耐压试验的电缆接头电压逐步升至17.3kV，保持10s后缓慢降至15kV并在此电压下按GB/T7354-2003局部放电测量的规定进行局部放电试验，不大于10 pC为合格。试验的背景噪声为2pC，试验结果小于10 pC，实验结果表明，没有超过10 pC的放电，说明RFID温度传感器的安装也满足电缆接头的局部放电性能。
2.3 雷电冲击试验
将刚完成局放试验的电缆接头按照GB/T3048.13-2007电线电缆性能试验方法的规定进行雷电冲击试验。95 kV下，正负极性各10次的雷电冲击电压试验未击穿，这表明RFID温度传感器的安装对电缆接头的耐雷电冲击的性能没有影响。
2.4 局部放电试验
将刚做过雷电冲击试验的电缆接头电压逐步升至17.3kV，保持10s后缓慢降至15kV并在此电压下按GB/T7354-2003局部放电测量的规定进行局部放电试验，试验结果小于10 pC。更充分说明了RFID温度传感器的安装对电缆接头的局部放电性能没有影响。
3 结论
由于测温传感器体积小，只是固定在了电缆接头紧固螺母上，没有破坏后堵盖原有的绝缘水平，对产品的安全没有构成任何影响。
无线无源实时在线测温响应速度快、能够真实准确的反应出发热点的温度。
无线无源实时在线测温系统可实现现场报警、短信通知巡检员、通过485接口实现数据信息远端回传并网等功能，起到了保护输配电设备的功能。
无线无源实时在线测温技术方案成本较低、安装方便、免维护值得推广使用，尤其是政府、医院、机场、高铁车站等应优先推广。
参考文献：
[1] 徐元哲，王乐天，刘雪东.电力电缆接头测温系统的设计[J].高压电技术，2009，35(12)：2977-2982.
[2] GB/T16927.1 -2011高压电试验技术.
[3] GB/T7354-2003局部放电测量的规定进行局部放电试验.
[4] 彭超，赵健康，苗付贵.分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J].高压电技术，2006，35(8)：43-45.
[5] 雷 鸣，刘 刚，赖育庭，等. 采用Laplace 方法的单芯电缆线芯
温度动态计算[J]. 高电压技术，2010，36(5)：1150-1154.
[6] GB/T7261-2008继电保护和安全自动化装置基本测试试验方法.
[7] GB/T3048.13-2007电线电缆性能试验方法的规定进行雷电冲击试验
[ 8] GB 311.1-2012 绝缘配合.
[9] GB/T 12706.4-2008 额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV (Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及其附件 第4部分：额定电压6kV(Um=7.2kV)到35kV (Um=40.5kV)电力电缆附件试验要求.
[10] GB/T7261-2008继电保护和安全自动化装置基本测试试验方法.