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淺談無線測溫技術在高壓開關柜中的應用

文章更新時間：2022-04-21　點擊量：442

涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：高壓開關柜是配電系統中重要的組成部分，其主要作用是控制電荷、分配電能和開斷電流等，對維持系統的穩定性有一定的保障作用。將無線測溫技術應用于高壓開關柜，可以實現對其進行實時的動態監測，有助于相關工作人員根據高壓開關柜的溫度變化采取相應的應對措施，避免意外情況的發生，有效促進了高壓開關柜的正常運行。該文就無線測溫技術的技術、無線測溫技術在高壓開關柜測溫結構中的應用、無線測溫技術在高壓開關柜中的應用優勢、在高壓開關柜中應用無線測溫技術的必要性以及無線測溫技術在高壓開關柜中的應用過程進行論述。


關鍵詞：無線測溫技術；高壓開關柜；動態監測

 

0引言
       傳統形式的無線測溫技術很難滿足高壓開關柜的測溫需求，如果不能對現有的測溫技術進行改革與升級，就很難把控高壓開關柜的實時溫度，出現意外情況。將無線測溫技術應用于開關柜，不但能夠得到準確的實時數據，而且設備的安裝方便快捷，符合高壓開關柜的發展需求。不同電壓高壓開關柜所需要的無線測溫技術存在少許的差異，該文以10kV高壓開關柜為例，探究了無線測溫技術在高壓開關柜上的應用過程。

 

1無線測溫技術
       無線測溫技術屬于接觸式測溫，主要通過溫度傳感器、數據處理器與遠端主機實現對高壓開關柜實時溫度的監測。首先，在高壓開關柜需要測溫的區域安裝溫度傳感器，溫度傳感器將接收到的溫度數據傳輸給數據處理器；其次，數據處理器將數據處理之后顯示出高壓開關柜中的具體溫度；再次，無線測溫系統會將該溫度數據通過局域網傳輸到遠端主機；監控站的工作人員就可以實時把控高壓開關柜的溫度，以便采取相應的應對措施，實現對高壓開關柜的遠程控制。

 

2無線測溫技術在高壓開關柜測溫結構中的應用
       就無線測溫技術的作用形式來說，其是通過固定的系統產生作用，要了解無線測溫技術的應用效果，就需要對其測溫結構進行詳細分析。一般情況下，無線測溫系統包括主控層、通信管理層與系統現場控制層3層結構。主控層的作用主要是在計算機上安裝對應的監控軟件，實現對溫度數據的接收與傳輸，其大致的工作流程分為以下2個步驟：1）系統發布命令實現對相關溫度數據的管理與控制。2）顯示溫度統計數據與分析報表。通信管理層的主要結構包括通信電纜結構、協議轉換器設備與無線通信續傳等，其主要作用是進行數據采集，并將采集到的數據儲存在計算機終端，進而完成對相應數據的處理。系統現場控制層主要包括智能化儀表結構、射頻天線與無線射頻溫度傳感器等，其主要用于在測溫點采集溫度，具有現場性的特點，能夠實現對溫度的實時采集與傳輸。

 

3無線測溫技術在高壓開關柜上的應用優勢
       與傳統的蠟片方測溫技術相比，現階段不同的測溫技術具有不同的優勢，相關的測溫技術見表1。
表1不同測溫技術對比

通過表1的對比，可以明顯觀察到無線測溫技術的優勢所在，具體的優勢表現在以下3個方面。

3.1安全性高
       無線測溫技術應用現階段先進的微電子技術與數字溫控技術，降低了線路間信息傳遞的流失概率，有效地減少了設備間的信號干擾，并且完善的信息報警系統與實時檢測系統可以幫助相關工作人員及時發現問題與解決問題，具有高的安全性。
3.2操作方便
       相比其他形式的測溫技術，無線測溫技術不需要投入過多的人力物力，只需要監控站的相關工作人員對接收到的信息進行合理分析；并且該測溫技術不需要鋪設較為繁復的線路，節省了很多前期建設的時間與資源資金的投入，快速地實現了對高壓開關柜的實時監控。
3.3智能自動化
       無線測溫技術在高壓開關柜中的應用過程具有較高的智能自動化，不需要人力的過多參與。溫度采集器在完成信息采集之后，通過層層讓信息到達監控中心，經監控中心的數據分析與對比，將具體的溫度信息傳輸給終端，實現全過程的自動化。
 
4在高壓開關柜上應用無線測溫技術的必要性
       在高壓開關柜上應用無線測溫技術的必要性可以從2個方面進行簡單論述。
4.1有效降低事故發生率
       從高壓開關柜的應用現狀來說，由于溫度過高且沒有及時發現而造成事故的狀況越來越多，利用無線測溫技術對其進行實時的監控已經勢在必行。該技術能夠幫助相關工作人員在問題發生初期就采取相應的措施，以此來避免事故范圍的進一步擴大，這對電力系統的整體安全運行有積極的意義。
4.2及時發現隱患故障
       由于電力資源的應用規模與應用需求不斷增長，高壓開關柜多處于長時間運行狀態，這會加速其老化的速度。且隨著其相應功能的不斷損耗，事故發生概率會逐漸提升，應用無線測溫技術的報警系統，能夠及時地發現系統中存在的隱患與故障，有利于高壓開關柜的長時間運行。
 
5無線測溫技術在高壓開關柜上的應用過程
       無線測溫技術在高壓開關柜上的應用可以從多角度切入，在此不能闡述全部狀況，以下就以ZigBee技術為基礎來探究無線測溫技術在10kV高壓開關柜上的應用過程，ZigBee技術相對于其他通信技術來說，有低功效與短距離的特點，其一般傳輸距離在10m以內，性價比較高。它的具體應用過程如下。
5.1構架無線測溫系統的總體結構
       無線測溫系統主要由上位監控中心與無線傳感網絡組成。高壓開關柜中的多個測溫節點組成無線傳感網絡，首先，溫度傳感器在對10kV高壓開關柜內的各個溫度點進行數據采集之后；其次，將溫度信號通過一定的方式轉換成電信號，再由ZigBee芯片發射到數據協調器；再次，通過以太網傳輸到監控中心；監控中心對溫度數據展開分析與處理，以此來實現對溫度的實時監控。無線測溫系統的具體結構如圖1所示。

圖1無線測溫系統總體機構.png

圖1無線測溫系統總體機構
       無線測溫系統將Windows當做操作平臺，采用相應的數據庫語言編寫程序，工作人員可以通過交互實現預警、智能診斷與溫度查詢等功能。主要的模塊功能如圖2所示，模塊功能可從以下3個方面進行詳細論述：1）數據采集。無線測溫系統通過安裝的測溫節點實現對高壓開關柜內觸點溫度數據與接頭溫度數據的采集，將采集到的數據轉化為電信號之后，經ZigBee芯片處理，發送到監控中心。2）實時溫度查詢。工作人員可以登陸相關頁面，通過客戶端對高壓開關柜的溫度數據進行查詢，也可以根據其記錄的溫度查詢相應的歷史數據。3）智能診斷與預警。當高壓開關柜內的測點溫度超過限值或者其溫度變化率超過規定限值時，系統會發出警報并且顯示出對應的溫度數值，以此來提醒監控中線的工作人員，高壓開關柜中可能存在溫度隱患，這樣工作人員就有充足的時間商討出可行的對策，降低了事故態勢的蔓延。

圖2無線測溫系統功能模塊.png

圖2無線測溫系統功能模塊
5.2設計相應的硬件系統
       無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用，其硬件系統包括通信單元、微控制器、溫度顯示儀與溫度傳感器等。在此不能全部詳細闡述，挑選其中重要的6個部分進行詳細論述。
5.2.1微控制器
       微控制器作為無線測溫系統的控制單元，它主要負責讀取溫度數據。
5.2.2溫度顯示儀
       溫度顯示儀的主要作用是接收溫度傳感器傳輸過來的溫度數據，并且在LCD屏幕上實時顯示該數據的真實數值，再將溫度數據的數值與地址傳輸到監控中心。
5.2.3溫度采集器
       溫度采集器是硬件設計的主要內容，其主要包括電源設備、通信設備和傳感器設備。具體的溫度采集器結構圖如圖3所示。

圖3溫度采集器結構
5.2.4傳感器設備
       傳感器設備主要負責溫度節點的溫度數據采集與轉換，通信設備的主要作用是處理和傳輸數據。
5.2.5協調器
       協調器與終端相比，雖然沒有測溫功能，但是它添加了相關接口芯片。
5.2.6綜合管理
       為了方便對無線測溫系統硬件的后續管理，同時也為了保障高壓開關柜的安全運行，一般情況下會選擇將傳感器設備進行牢固捆扎后，再安裝在高壓開關柜刀閘的A相、B相或者C相的相關位置。
5.3設計相應的軟件系統
       軟件在無線測溫技術的應用過程中起著重要的作用，主要包括預警、系統數據顯示與系統配置錄入等功能，是相關工作人員進行應用管理的窗口。無線測溫軟件系統在初始化后，可以直接對各溫度點的溫度進行信息采集，然后再傳輸溫度數據與傳感器編號。
       在利用無線測溫技術進行測溫時，監控中心裝設有監測工作站，利用CAN總線，已經安裝軟件的計算機可與溫度顯示儀直接相連。溫度顯示儀在接收到溫度數據后，會顯示出溫度數據的實時數值與對應的傳感器編號，然后數據處理器會將得到的溫度數據值與正常的溫度值進行比較，如果采集到的溫度數據值或者溫度變化率超過正常溫度值與正常范圍，就會被系統判斷為超溫，發出相應的警報，并在LCD屏顯示；這種警報信號會通過通信單元傳輸到主控站的監控中心，提醒相關工作人員采取合理的應對策略，如果無線測溫軟件系統判斷溫度未超過限值，同樣會在LCD屏中顯示出相應的溫度值，并傳送到監控中心。系統預警的具體流程如圖4所示。

圖4系統預警流程.png

圖4系統預警流程
5.4相關測試
       通過建立無線測溫系統可以有效地實現無線測溫技術在高壓開關柜中的應用，應用該系統對3臺高壓開關柜進行測試，每臺高壓開關柜內設有2個溫度測點，設定溫度限制值為40℃，監測結果如圖5所示。由溫度監測界面可以看出，
一旦測點溫度超出異常值，就會在顯示屏中發出預警信息，并通知相關工作人員，從而及時遏制狀況的進一步擴散，且該系統簡單易懂，方便相關工作人員便捷地監控實時溫度。
 
6保障無線測溫技術在高壓開關柜中的正常運用措施
       保障無線測溫技術在高壓開關柜中的正常運用，可以采取以下3個方面的措施。
6.1確保相關設備的質量
       在無線測溫系統投入使用前，應該嚴把質量關，對相關設備與系統進行質量監測。同時，還需要考慮設備與系統的性價比，選擇品質與壽命更好的產品。
6.2注重運行過程中的維護與保養
       不論是測溫系統的軟件設備還是硬件設備，在經過長時間的運行后，都會出現磨損與老化的情況，這意味著該設備有一定出現故障的概率，這就需要相關工作人員對無線測溫設備進行定期的維護和保養，確保其一直處于佳的運行狀態，避免因設備損害而發揮不出作用，造成溫度測量不準確與不及時的問題。
6.3注重監督與管理
       從宏觀層面討論無線測溫系統的日常管理工作，就要求相關工作人員在對高壓開關柜工作狀態進行管理與監督的同時，還要嚴格把控測溫系統的整體工作流程，使其可以更好地服務于工作人員對高壓開關柜開展的測溫工作。
 
7安科瑞無線測溫監控系統及在線測溫產品介紹
7.1概述

開關柜溫度在線監測系統是基于470MHz無線測溫技術開發的針對開關柜進行測溫的系統，可對開關柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進行實時監測，方便運維人員及遠程監控中心掌握現場設備運行情況。

3.2應用場所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數據中心機房
7.3系統架構

開關柜無線測溫系統由無線溫度傳感器、測溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監測預警工作站三部分組成，

7.4系統功能

系統功能.png

7.4.1實時監測

Acrel-2000T無線測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、告警等信息。

7.4.2溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：

7.4.3運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表。

3.4.4實時報警

壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出警告。設備提供以下幾種告警方式：

1）彈出事件報警窗口。

2）實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警。

3）短信警告。可以向號碼發送告警信息短信（需選配硬件）。

3.4.5歷史告警查詢

Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有告警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

3.4.6用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

WEB，手機APP（可選）：

通過網頁和手機APP展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息，設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。

3.5.產品選型
3.5.1無線測溫傳感器選型

3.5.2收發器選型

3.5.3測溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

3.6典型配置方案
3.6.1高低壓柜內電氣接點無線測溫（單柜就地顯示）
a）配置方案

說明：ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實現開關柜溫度集中顯示，可接收60只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實例

ARTM-PnATE100接點測溫ATE200母排測溫ATE400斷路器觸頭測溫
3.6.2高壓柜內電氣接點無線測溫帶操顯功能（單柜就地顯示）
a）配置方案

說明：ASD320通過RS485接口連接ATC實現開關柜溫度集中顯示，可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實例

ASD320ATE200觸頭測溫ATE400母排測溫ATE100M柜體測溫
3.6.3高低壓柜內電氣接點無線測溫（集中就地顯示/就地無顯示）
a）配置方案

說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現開關柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數據傳送到值班室的遠程溫度監控系統。

b）安裝實例

ATP070ATCATE200接點測溫ATE200電容器表面測溫
3.6.4就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現場）
方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

說明：Acrel-2000/A通過RS485接口連接ATC實現開關柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

方案二：Acrel-2000T/B就地集中顯示：

說明：Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發器接收所有型號傳感器實現集中顯示，還可以通訊連接配電室內無線測溫相關就地顯示裝置實現集中顯示，同時還可以連接配電室內智能操控、微機保護、電力儀表等電力監控設備進行監測。

3.6.5低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫
a）配置方案

低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫.png

說明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線連接，Pt100傳感器客戶自配，測量低壓電氣接點時Pt100傳感器需做好絕緣處理。

b）安裝實例

安裝實例4.png

ARTM-8PT100


8結語

       總的來說，實現無線測溫技術在高壓開關柜中的應用，可以實時有效地掌握高壓開關柜的具體問題，以此來協助相關工作人員及時采取相應的措施，做好事故的防治工作，促進高壓開關柜的可持續運行。
 
參考文獻
[1]吳晨靜.高壓開關柜無線實時測溫系統的研究及應用[D].廣州：華南理工大學，2018（12）:25.
[2]陳黎斌.無線測溫技術在高壓開關柜中的應用.
[3]安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.02月版.
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06月版.
  
作者簡介：涂志燕，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統的研發與應用