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无源无线测温装置在变压器中的应用
温度是变压器运行状态的关键参数之一，对变压器温度进行实时监测可有效防止事故发生，保障变压器设备安全稳定运行。西安西变组件有限公司的研究人员朱建华、梁栋、李芳、翟海文、冯琳娜，在2020年第1期《电气技术》杂志上撰文，提出一种无源无线测温装置。
研究结果表明，该装置的天线在433MHz工作频率下性能优良，并能够长期、安全、有效监测变压器的温度变化，避免因变压器运行温度过高引起变压器安全隐患，为变压器的安全运行提供技术保障。
随着国家电力行业规模的快速发展，用电需求量也在持续上升，电力变压器不断在向大容量、高电压方向发展。变压器作为电力系统中的重要电力设备，运行的安全可靠性将会对电网的供电质量产生直接影响。电力变压器故障主要有热性故障和电性故障，其中过热故障占总故障台数的63%左右。因此，有效实施对变压器温度在线监测对保证变压器的安全稳定运行具有重要意义。
从总体上看，可将当前的测温方式分为定期检测和实时在线测温两种。其中，定期检测的方式主要有红外检测仪方式和通过预防性试验的停电测温方式两种，这两种方式均存在测温工作量大、效率低、不能实时检测温度的问题。
从取电方式上看，可将在线测温方式主要分为有源测温和无源测温两种。其中：有源测温方式有红外摄像头测温方式，利用红外成像原理进行温度的实时检测，但成本非常高；无源测温传感器主要有铂热电阻温度传感器、光纤测温传感器、声表面波测温传感器和感应取电测温传感器等。
在无源测温传感器中：铂热电阻温度传感器采用电缆进行信号传输，温度信号受环境影响大；光纤测温传感器采用光纤作为传输信号线，测温精度和数据传输质量较铂热电阻温度传感器高些，但安装时易将光纤芯折断且成本较高；声表面波测温传感器利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，分析光纤传输的光谱了解实时温度，但存在传输距离短的缺点；感应取电测温传感器则必须在感应电流大于一定值后才能正常工作，存在应用范围受限的问题。
针对这些问题，本文提出一种基于无源无线传感技术的变压器测温装置，采用无源无线技术和温差发电技术，实现变压器温度在线监测，可以及时发现变压器温度异常情况，防止变压器事故的发生。
1 温差发电理论（略）
在温度梯度下，P型半导体和N型半导体内的载流子从热端向冷端运动，并在冷端堆积，从而在材料内部形成电势差，同时在该电势差作用下产生一个反向电荷流，当热运动的电荷流与内部电场达到动态平衡时，半导体两端形成稳定的温差电动势，这种现象被称为塞贝克效应。温差发电器件结构示意图如图1所示。
图1 温差发电器件结构示意图
本装置的核心器件是热电发生器，该热电发生器两侧分别为冷端和热端。在热电发生器冷端和热端温度差达到一定程度后，热电发生器将热量转化为电能，经过后续电路的处理后给本装置自身供电。
热电发生器单元模块的示意图如图2所示。通过串联、并联或者两种结合的方式将多个热电转换单元组合成一个整体。通过热电发生器单元模块，热电发生器件将产生的热量转换为电能，即可以实现热电转换。
图2 热电发生器单元模块的示意图
2 信号传输理论（略）
2.1 无线信号发射器阻抗匹配理论
由阻抗匹配理论可知，当设计无线信号发射天线时，应使其传输线电路中的负载阻抗和输入阻抗满足共轭匹配条件，以获得最大的信号功率，从而使得信号传输性能达到最佳。
2.2 无线信号发射器的设计
本测温装置所设计的无线信号发射器为一种433MHz小型化螺旋形印制天线，天线在结构上采用了微带线在介质基片的上下两层串扰来模仿螺旋天线的走线形式。
在螺旋形印制天线的设计中，通过半径大小为0.35mm的铜孔将天线上层和下层的走线端进行连接，这种连接方式不但可以有效减少天线走线的占用空间，还可以增加天线电路路径的物理长度。
另外，考虑到上层天线和下层天线之间存在电磁干扰以及由上层天线和下层天线方向不同的电流走线而造成的增益衰减现象，通过上层天线和下层天线之间的介质基片，还能够有效提高其增益特性。
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