CN205507814U - 基于rfid传感标签的电力设备运行状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，包括依次连接的RFID传感标签、阅读器和后台控制器。RFID传感标签包括依次连接的传感器、标签芯片和标签天线；标签芯片包括依次连接的射频模块、控制模块和存储模块；控制模块与传感器连接通过电子标签与多种传感器相结合，有利于增加测量参数种类。监测系统中能包容大量的温度传感标签，可增加在线监测的测量数据量，同时也能满足于帮助企业管理系统中需要的设备管理、资产管理等方面的数据采集与更新。

Description

基于 RFID 传感标签的电力设备运行状态监测装置

技术领域

本实用新型涉及工业企业电力设备运行状态监测、电力设备运行及物联网领域，具体为一种基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置。

背景技术

RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。 RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。

随着RFID技术在冷链跟踪、仓储、运输及智能监控领域的应用日益加强，集成在RFID标签芯片内的低压、低功耗的温度传感器技术得到了更多的研究和关注。基于RFID 无线温度标签技术，采用无线传输、组网等技术并应用于工业企业电力设备运行状态监测领域一项非常具有应用意义的技术。

智能电网是我们国家未来重点发展的趋势与重要领域，在供电系统中变电环节以建设运营智能变电站为主要目标。智能变电站是以全站信息数字化为基本要求，需要自动完成信息采集、测量、监测等功能。这就对变电站的在线监测系统提出了更高的要求。基于RFID 无线温度标签技术，采用无线传输、组网等技术并应用于工业企业电力设备运行状态监测中是可以有效的解决方案；同时还可以满足于帮助企业管理系统中需要的设备管理数据的采集与更新，实现运行数据与管理数据的统一。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其结构简单、成本低并且能够测量的参数种类多。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：包括依次连接的RFID传感标签、阅读器和后台控制器，所述RFID传感标签至少有一个。

作为上述方案的进一步改进，所述RFID传感标签包括依次连接的标签天线、标签芯片和传感器，所述标签天线与阅读器连接。

作为上述方案的进一步改进，所述标签芯片包括依次连接的射频模块、控制模块和存储模块，所述射频模块与标签天线连接，所述控制模块与传感器连接。

作为上述方案的进一步改进，所述标签芯片采用有源RFID标签。

作为上述方案的进一步改进，所述阅读器采用固定式阅读器。

作为上述方案的进一步改进，所述装置采集的物理量包括电压电流值、电压电流波形、电流脉冲、温度、湿度、气体含量、压力、位移、振动和开关状态，并设置有与物理量对应的传感器。

本实用新型的有益效果：

本实用新型基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置， 通过电子标签与多种传感器相结合，有利于增加测量参数种类；

监测系统中能包容大量的温度传感标签，可增加在线监测的测量数据量，同时也能满足于帮助企业管理系统中需要的设备管理、资产管理等方面的数据采集与更新。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例结构框图；

图2为本实用新型较佳实施例RFID传感标签结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的优选实施例对本实用新型做进一步说明：

参照图1和图2，基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：包括依次连接的RFID传感标签、阅读器和后台控制器，所述RFID传感标签包括至少一个。所述RFID传感标签包括依次连接的标签天线、标签芯片和传感器，所述标签天线与阅读器连接。所述标签芯片包括依次连接的射频模块、控制模块和存储模块，所述射频模块与标签天线连接，所述控制模块与传感器连接。传感器采集的测量信息与标签的识别信息通过标签天线被一同发送给阅读器，阅读器获取测量信息，之后上传至后台控制器进行分析处理。

目前电力设备主要的在线监测项目中需要采集的物理量包括电压电流值、电压电流波形、电流脉冲、温度、湿度、气体含量、压力、位移、振动和开关状态。在线监测装置中采集以上参量的传感器种类包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器、气敏传感器、压力传感器、位移传感器和振动传感器、开关状态传感器等。传感器的有效测量范围可以满足测量物理量变化范围的要求，覆盖电力设备运行中该参数的允许变化值和极限报警值。以温度传感器为例，假设安装在电力母线接头上，母线接头正常运行时的温度为20～30度，标准规定母线接头等电力系统载流导体在周围环境温度为40度时的允许温升35度。若某地区全年的温度变化范围大约为零度到40度，若考虑±10度的变化裕度，则温度传感器的测量范围必须要大于负10度～85度。

对于安装在户外电力设备上的测量终端，必须能耐受包括温度、湿度的天气变化以及日晒、雨淋、凝冰等恶劣天气环境的侵袭，测量终端本体具有较好的防护能力。测量终端安装在带电导体上或因异常工作情况带电的金属上，安装接点上会通过大电流。将对设备和测量终端产生威胁。因此要求测量终端的有一定的绝缘能力。目前解决此问题的方法多为采用金属外壳，使得测量终端的外壳的与带电体处于等电位，同时采用绝缘材料加强外壳与内部电路之间的绝缘，这样既满足了测量终端内部电路的绝缘问题，又不会对被测设备本身的绝缘性能造成影响。

RFID在线系统中每个监测节点只能与阅读器通信，由于无线通信技术的限制，当电力设备所安装的占地面积较大时，需要适当增加阅读器的数量。同时，为了降低总成本，也可适当增大阅读器的通信距离，提高无线数据的接收能力，从而减少阅读器的安装数量，但通信距离的增加会导致传感标签和阅读器的单价增加。通过对不同占地面积的变电站中温度传感标签的安装成本的估算分析，建议通信距离在50m～150 m内。对占地较小的变电站可适当减小此距离，对占地较大的可适当增大此通信距离。

金属对电子标签的影响主要体现在以下两个方面：①金属对附近电磁场的改变。当金属板处在电磁场中时，金属内会出现涡流，涡流产生的磁场作用下磁场的方向逐渐与金属表面平行。这一点对无源式标签的影响相当严重，因为处在金属表面的电子标签天线将不能切割磁力线获得能量而被激活。②电磁波在金属表面的反射。当电磁波入射到金属上时，绝大部分将会发生反射。当反射波的相位与入射波相反，能量会抵消，从而降低标签的读取率，优选，本装置采用有源RFID能改善金属的影响。在有源RFID系统中电子标签主动向阅读器发射电磁波信号，标签不需要或较少地需要接收阅读器发射的电磁波信号，因此相比于无源电子标签，能较少地受到金属的影响。当然，当有源标签安装在金属表面时，仍会对通信造成一定的影响，这一点应当在实际应用中重点关注。当标签需要安装在金属表面时。在规划上应适当减小其与阅读器之间的距离，确保其能与阅读器可靠通信。

电力设备的在线监测应用环境要求有较远的通信距离，对此无源和半有源式标签都很难达到。电力设备在线运行系统对监测装置的可靠性要求较高，有源式电子标签能够给传感器提供稳定的电源，保证测量的可靠性。另外有源式电子标签有较高的抗金属能力，且目前市场上的传感标签产品均为有源式。因此综合考虑通信距离、传感器测量的稳定性、抗金属能力以及现有技术的成熟性。优选的，有源式带传感器的RFID为首选。

测量终端以阅读器为中心布置。在电力设备区域内测量终端安装的位置比较集中的情况下，安装一台阅读器就可以读取全部的电子标签。但是当测量终端分布的范围较广，就需要安装多台阅读器，将测量终端分布的区域进行划分，分区域安装阅读器，保证每个测量终端都能处在阅读器的通信范围内。若采用采用手持式阅读器，由于通信距离较近，需由巡检人员携带手持式阅读器进行巡视读取测量数据，不能满足对24 h在线监测和在线监测自动化、无人值班的要求。因此优选的，本装置应采用固定式阅读器，分区域布置在变电站内，自动读取该区域内的测量终端。固定式阅读器需采用外接电源，电源由电力设备区域内负责提供。

金属对电磁波有很强的屏蔽效果。电力设备中金属设备众多，RFID监测装置的通信能力不可避免得会受到金属的影响。因此对实施标签和阅读器的安装位置与数量需要统筹考虑，尽量避免金属的影响。首先，不能将测量终端至于封闭的金属空间内；其次，要尽量避免测量终端和阅读器的通信路径上存在大尺寸的金属物体，应注意测量终端的安装位置。若当测量终端的安装位置比较复杂，例如测量终端与该划分区域内的阅读器之间有其他电力设备阻隔，或是与安装位置与阅读器角度太大造成通信障碍的情况下，需要增加阅读器数量以保证该测量终端不处于阅读器的通信死角。

由于该在线监测装置中包含大量测量终端，并且存在多枚标签向同一阅读器发送信息和多台阅读器对同一标签进行读取的情况，因此需要注意碰撞的问题。要求阅读器单台的读写器防碰撞能力达到100个／s以上。对于测量节点特别密集的电力设备安装区域，应按照实际需求提高对防碰撞能力的要求。

通信管理机负责管理一个或多个阅读器上传的数据，是阅读器与后台主机之间的通道。后台主机负责对汇总的测量数据和标签识别信息进行最终的分析处理和储存。这个数据库的载体可以是PC机、大型服务器，或者是一个信息网络。对于电力设备运行状态监测系统而言，将PC机作为后台主机的可行性较高，兼容性较好，同时成本也较低。

以上是对本实用新型的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：包括依次连接的RFID传感标签、阅读器和后台控制器，所述RFID传感标签至少有一个。

2.根据权利要求1所述的基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：所述RFID传感标签包括依次连接的标签天线、标签芯片和传感器，所述标签天线与阅读器连接。

3.根据权利要求2所述的基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：所述标签芯片包括依次连接的射频模块、控制模块和存储模块，所述射频模块与标签天线连接，所述控制模块与传感器连接。

4.根据权利要求2所述的基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：所述标签芯片采用有源RFID标签。

5.根据权利要求1所述的基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：所述阅读器采用固定式阅读器。

6.根据权利要求2所述的基于RFID传感标签的电力设备运行状态监测装置，其特征在于：所述传感器采集的物理量包括电压电流值、电压电流波形、电流脉冲、温度、湿度、气体含量、压力、位移、振动和开关状态。