在架空輸電線路輸電過程中，專用線路的垂度關(guān)系到它的運(yùn)行和安全性，這與導(dǎo)線運(yùn)行溫度有著直接的關(guān)系。導(dǎo)線運(yùn)行溫度會(huì)受到各種情況的影響，例如線路運(yùn)行損耗、周圍環(huán)境溫度、風(fēng)速和風(fēng)向、太陽輻射強(qiáng)度以及導(dǎo)線材料的特性等。在高溫環(huán)境、低風(fēng)速和高電力系統(tǒng)負(fù)荷條件下，監(jiān)測和分析輸電網(wǎng)區(qū)域，可評(píng)價(jià)真實(shí)的導(dǎo)線運(yùn)行溫度。這對(duì)優(yōu)化線路性能，并防止?jié)撛趯?dǎo)線垂度問題等方面起著至關(guān)重要的作用。

    聲表面波技術(shù)
眾所周知，聲表面波元件在過去常常安裝在窄帶濾波器、無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）標(biāo)簽以及無線測量傳感器等設(shè)備中，用于扭矩、壓力、溫度和拉力等方面的測量。因此，這些傳感器可用于高壓架空輸電線路的溫度測量，并可采用無線電將電流連接傳感器與被測量單位連接。

圖1 基于無線被動(dòng)聲表面波（SAW）溫度傳感器的高頻測量系統(tǒng)的工作原理
圖1顯示了基于聲表面波原理的高頻測量系統(tǒng)的工作原理。使用測量系統(tǒng)的傳輸天線將2.45GHz ISM帶上的高頻電磁波傳輸?shù)絺鞲衅?，并通過使用與傳感器芯片連接的轉(zhuǎn)換器，將引入的高頻信號(hào)傳輸?shù)窖厮П砻鎮(zhèn)鞑サ穆暠砻娌āＴ谶@些位置上，信號(hào)中的部分信息被反射到集成反射器上。反射器位置因水晶溫度的延伸而發(fā)生改變。聲表面波的傳播速度同樣取決于溫度的變化。反射信號(hào)被轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為高傳輸頻率信號(hào)，并且被傳回到系統(tǒng)的接收天線中。傳感器的ID信息和溫度信息可由使用各種算法的反射脈沖確定。其中，這些算法通過使用時(shí)間位置和反射脈沖的相位關(guān)系，以及數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的通用信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)這些信息進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算得出的結(jié)果可以顯示在個(gè)人電腦上。
經(jīng)過長期的現(xiàn)場試驗(yàn)，聲表面波傳感器可用于高壓工程領(lǐng)域。帶有金屬氧化電涌放電器的現(xiàn)場試驗(yàn)最早始于1997年。在這種測量技術(shù)取得積極結(jié)果之后，此系統(tǒng)也常被安裝于各種架空輸電線路和變電站設(shè)備中。


傳感器天線
圖4顯示了傳感器的固定位置。傳感器能以橢圓曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，該橢圓曲線原則上可以分成兩個(gè)方向：一是沿導(dǎo)線的方向，該架空輸電線路會(huì)受到垂度變化、風(fēng)速及溫度的影響（角度約為±15°）；二是垂直于導(dǎo)線的方向，該導(dǎo)線主要受到風(fēng)速的影響（角度約為±45°）。
針對(duì)這種情況，開發(fā)出增益約為5dBi、以及接受角度約為60°×60°的簡易堅(jiān)固的天線，極化作用是垂直方向的。

圖3 240kV下傳感器夾鉗（改變的顏色）的無線電干擾電壓（RIV）測試
傳感器夾鉗
為了將帶有天線的這種傳感器應(yīng)用在架空輸電線路上，需要研制一種特殊的夾鉗。這種夾鉗的開發(fā)要求是：遮蓋傳感器標(biāo)簽、遮蓋傳感器天線、易于安裝和長時(shí)間穩(wěn)定連接。
根據(jù)以上幾點(diǎn)要求，螺旋狀固定夾鉗被用于架空輸電線路上傳感器的簡易安裝和可靠連接中。多年來，這種固定技術(shù)多用于固定架空輸電線路上的振動(dòng)阻尼器和墊板阻尼器，從20世紀(jì)80年代至今，這種固定技術(shù)還一直用于光纖復(fù)合架空地線（OPGW）設(shè)備中。到目前為止，在世界范圍內(nèi)已經(jīng)安裝了5萬多個(gè)振動(dòng)阻尼器和墊板阻尼器。傳感器和傳感器天線由聚四氟乙烯（PTFE）外罩所覆蓋，見圖2。

圖4 天線塔元件

此傳感器經(jīng)過了高壓實(shí)驗(yàn)室的測試，并根據(jù)國際電工標(biāo)準(zhǔn)61284（IEC61284）來檢驗(yàn)是否符合關(guān)于無線電干擾電壓（RIV）測試的國家和國際標(biāo)準(zhǔn)。測試結(jié)果表明：傳感器通過了單線線路123kV和245kV以及三芯導(dǎo)線400kV的測試。圖3顯示了單線導(dǎo)線上240kV下傳感器夾鉗，其中可以認(rèn)出第一個(gè)流光放電。

系統(tǒng)說明
架空輸電線路在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)由天線塔上的測量單元，變電站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及數(shù)據(jù)交換服務(wù)器組成。

圖5 變電站安裝和報(bào)告軟件的使用
天線塔元件
天線塔上安裝了測量站，見圖4。通過使用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)具，將兩根塔天線（傳輸天線和接收天線）以傳感器的最佳角度固定在導(dǎo)線上。傳感器必須固定在距離懸垂絕緣子串設(shè)備約兩米處的位置。雷達(dá)單元盒則安裝于靠近塔天線處，以使電纜高頻連接的損耗最小化。對(duì)于電力供應(yīng)，則應(yīng)將兩塊太陽能電池板固定于天線塔的頂部?？刂茊卧惭b于天線塔的底部或指定高度，以防止故意破壞。其中，控制單元由電池、控制器以及用于數(shù)據(jù)連接的通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）調(diào)制解調(diào)器組成，并使用光纖連接電纜將控制單元與雷達(dá)單元連接起來。
變電站和報(bào)告軟件的安裝
在變電站里，個(gè)人電腦上安裝一個(gè)通用分組無線業(yè)務(wù)調(diào)制解調(diào)器，其中個(gè)人電腦作為數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)服務(wù)器系統(tǒng)。測量站和個(gè)人電腦之間通過TCP/IP協(xié)議進(jìn)行溝通，并且這種溝通是以加密和雙向方式進(jìn)行的。測量站可以完全由個(gè)人電腦上的軟件來控制和配置，連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器的每臺(tái)個(gè)人電腦上的報(bào)告軟件均可使用。見圖5。

圖6 系統(tǒng)安裝實(shí)例
系統(tǒng)安裝實(shí)例
該系統(tǒng)已完成首例安裝，在各種環(huán)境條件下數(shù)據(jù)采集運(yùn)行穩(wěn)定，例如在大風(fēng)、雨雪、大霧等天氣條件下。圖6顯示了溫度在線監(jiān)測在400kV線路上的安裝實(shí)例。
進(jìn)一步研究
導(dǎo)線溫度是電流熱能所導(dǎo)致的結(jié)果。影響導(dǎo)線溫度的環(huán)境條件包括電流、風(fēng)速、導(dǎo)線和風(fēng)向之間的角度，以及太陽輻射、流體冷卻機(jī)制等。這些因素對(duì)導(dǎo)線和傳感器有著不同的影響，但導(dǎo)線和傳感器均會(huì)受到相同因素的影響。


一般來說，測得的傳感器溫度不等于導(dǎo)線溫度，因?yàn)閭鞲衅魇沁@種復(fù)雜熱系統(tǒng)中的散熱片。因此，導(dǎo)線溫度必須在傳感器測得的溫度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，再經(jīng)過計(jì)算而得出。為此，必須在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)傳感器和導(dǎo)線進(jìn)行校準(zhǔn)。