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淺談無線測溫系統(tǒng)在高壓開關柜中的應用

更新時間：2023-07-03

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吳柯霓

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(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)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(xiàn)對其進行實時的動態(tài)監(jiān)測，有助于相關工作人員根據(jù)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(fā)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(jié)構(gòu)中的應用、無線測溫技術在高壓開關柜中的應用優(yōu)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(tài)監(jiān)測

0 引言

傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)，而且設備的安裝方便快捷，符合高壓開關柜的發(fā)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(shù)據(jù)處理器與遠端主機實現(xiàn)對高壓開關柜實時溫度的監(jiān)測。首先，在高壓開關柜需要測溫的區(qū)域安裝溫度傳感器，溫度傳感器將接收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)處理器；其次，數(shù)據(jù)處理器將數(shù)據(jù)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(tǒng)會將該溫度數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)竭h端主機；*后，監(jiān)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(tǒng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)進行詳細分析。一般情況下，無線測溫系統(tǒng)包括主控層、通信管理層與系統(tǒng)現(xiàn)場控制層3層結(jié)構(gòu)。

主控層的作用主要是在計算機上安裝對應的監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對溫度數(shù)據(jù)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(tǒng)發(fā)布命令實現(xiàn)對相關溫度數(shù)據(jù)的管理與控制。2）顯示溫度統(tǒng)計數(shù)據(jù)與分析報表。通信管理層的主要結(jié)構(gòu)包括通信電纜結(jié)構(gòu)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器設備與無線通信續(xù)傳等，其主要作用是進行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)儲存在計算機終端，進而完成對相應數(shù)據(jù)的處理。系統(tǒng)現(xiàn)場控制層主要包括智能化儀表結(jié)構(gòu)、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(xiàn)場性的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的實時采集與傳輸[1]。

3 無線測溫技術在高壓開關柜上的應用優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的蠟片方測溫技術相比，現(xiàn)階段不同的測溫技術具有不同的優(yōu)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(yōu)勢所在，具體的優(yōu)勢表現(xiàn)在以下3個方面。

3.1安全性高

無線測溫技術應用現(xiàn)階段先進的微電子技術與數(shù)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(tǒng)與實時檢測系統(tǒng)可以幫助相關工作人員及時發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，具有較高的安全性。

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(jiān)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(jié)省了很多前期建設的時間與資源資金的投入，快速地實現(xiàn)了對高壓開關柜的實時監(jiān)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(jiān)控中心，經(jīng)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)分析與對比，將具體的溫度信息傳輸給終端，實現(xiàn)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(fā)生率

從高壓開關柜的應用現(xiàn)狀來說，由于溫度過高且沒有及時發(fā)現(xiàn)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(jiān)控已經(jīng)勢在必行。該技術能夠幫助相關工作人員在問題發(fā)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(tǒng)的整體安全運行有積極的意義。

4.2及時發(fā)現(xiàn)隱患故障

由于電力資源的應用規(guī)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(tài)，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(fā)生概率會逐漸提升，應用無線測溫技術的報警系統(tǒng)，能夠及時地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的隱患與故障，有利于高壓開關柜的長時間運行[2]。

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(nèi)，性價比較高。它的具體應用過程如下。

5.1構(gòu)架無線測溫系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

無線測溫系統(tǒng)主要由上位監(jiān)控中心與無線傳感網(wǎng)絡組成。高壓開關柜中的多個測溫節(jié)點組成無線傳感網(wǎng)絡，首先，溫度傳感器在對10kV高壓開關柜內(nèi)的各個溫度點進行數(shù)據(jù)采集之后；其次，將溫度信號通過一定的方式轉(zhuǎn)換成電信號，再由ZigBee芯片發(fā)射到數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)器；再次，通過以太網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心；*后，監(jiān)控中心對溫度數(shù)據(jù)展開分析與處理，以此來實現(xiàn)對溫度的實時監(jiān)控。無線測溫系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線測溫系統(tǒng)總體機構(gòu)

無線測溫系統(tǒng)將Windows當做操作平臺，采用相應的數(shù)據(jù)庫語言編寫程序，工作人員可以通過交互實現(xiàn)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(shù)據(jù)采集。無線測溫系統(tǒng)通過安裝的測溫節(jié)點實現(xiàn)對高壓開關柜內(nèi)觸點溫度數(shù)據(jù)與接頭溫度數(shù)據(jù)的采集，將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號之后，經(jīng)ZigBee芯片處理，發(fā)送到監(jiān)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(shù)據(jù)進行查詢，也可以根據(jù)其記錄的溫度查詢相應的歷史數(shù)據(jù)。3）智能診斷與預警。當高壓開關柜內(nèi)的測點溫度超過限值或者其溫度變化率超過規(guī)定限值時，系統(tǒng)會發(fā)出警報并且顯示出對應的溫度數(shù)值，以此來提醒監(jiān)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(tài)勢的蔓延[3]。

圖2 無線測溫系統(tǒng)功能模塊

5.2設計相應的硬件系統(tǒng)

無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用，其硬件系統(tǒng)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(tǒng)的控制單元，它主要負責讀取溫度數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)，并且在LCD屏幕上實時顯示該數(shù)據(jù)的真實數(shù)值，再將溫度數(shù)據(jù)的數(shù)值與地址傳輸?shù)奖O(jiān)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(nèi)容，其主要包括電源設備、通信設備和傳感器設備。具體的溫度采集器構(gòu)圖如圖3所示。

5.2.4傳感器設備

傳感器設備主要負責溫度節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換，通信設備的主要作用是處理和傳輸數(shù)據(jù)。

5.2.5協(xié)調(diào)器

協(xié)調(diào)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(tǒng)硬件的后續(xù)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(tǒng)

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(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)據(jù)與傳感器編號。

在利用無線測溫技術進行測溫時，監(jiān)控中心裝設有監(jiān)測工作站，利用CAN總線，已經(jīng)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(shù)據(jù)后，會顯示出溫度數(shù)據(jù)的實時數(shù)值與對應的傳感器編號，然后數(shù)據(jù)處理器會將得到的溫度數(shù)據(jù)值與正常的溫度值進行比較，如果采集到的溫度數(shù)據(jù)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(tǒng)判斷為超溫，發(fā)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?shù)街骺卣镜谋O(jiān)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(tǒng)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(jiān)控中心。系統(tǒng)預警的具體流程如圖4所示。

5.4相關測試

通過建立無線測溫系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)無線測溫技術在高壓開關柜中的應用，應用該系統(tǒng)對3臺高壓開關柜進行測試，每臺高壓開關柜內(nèi)設有2個溫度測點，設定溫度限制值為40℃，監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。由溫度監(jiān)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(fā)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(tǒng)簡單易懂，方便相關工作人員便捷地監(jiān)控實時溫度[4]。

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(zhì)量

在無線測溫系統(tǒng)投入使用前，應該嚴把質(zhì)量關，對相關設備與系統(tǒng)進行質(zhì)量監(jiān)測。同時，還需要考慮設備與系統(tǒng)的性價比，選擇品質(zhì)與壽命更好的產(chǎn)品。

6.2注重運行過程中的維護與保養(yǎng)

不論是測溫系統(tǒng)的軟件設備還是硬件設備，在經(jīng)過長時間的運行后，都會出現(xiàn)磨損與老化的情況，這意味著該設備有一定出現(xiàn)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(yǎng)，確保其一直處于運行狀態(tài)，避免因設備損害而發(fā)揮不出作用，造成溫度測量不準確與不及時的問題[5]。

6.3注重監(jiān)督與管理

從宏觀層面討論無線測溫系統(tǒng)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(tài)進行管理與監(jiān)督的同時，還要嚴格把控測溫系統(tǒng)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 安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

7.1概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

7.2應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

7.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

7.4 系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

運行報表：查詢及打印各測溫點對應時間的溫度數(shù)據(jù)。

實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

7.5 系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

8結(jié)語

總的來說，實現(xiàn)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(xié)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(xù)運行。

參考文獻:

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周文文，聶一雄，徐衛(wèi)東，等.10kV智能化高壓開關柜測溫系統(tǒng)設計[J].廣東電力，2017（12）：130-135.
陳凱彬等.基于ZigBee和CAN總線的高壓開關柜溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)設計[J].科技風，2020（10）：3.
胡凱波，許林波，夏志凌.基于ZigBee技術高壓開關柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].自動化與儀表，2020（2）：100-103.
陳琳等人.無線測溫技術在變電設備檢測系統(tǒng)中的運用——以聲表面波技術為研究案例[J].電子科學技術（北京），2017（5）：12.
陳黎斌.無線測溫技術在高壓開關柜中的應用
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022年05版

作者簡介：吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為開關柜無線測溫系統(tǒng)

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