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淺談無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

文章更新時間：2022-04-21　點擊量：479

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(guān)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(shù)應(yīng)用于高壓開關(guān)柜，可以實現(xiàn)對其進(jìn)行實時的動態(tài)監(jiān)測，有助于相關(guān)工作人員根據(jù)高壓開關(guān)柜的溫度變化采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，避免意外情況的發(fā)生，有效促進(jìn)了高壓開關(guān)柜的正常運行。該文就無線測溫技術(shù)的技術(shù)、無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜測溫結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用、無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用優(yōu)勢、在高壓開關(guān)柜中應(yīng)用無線測溫技術(shù)的必要性以及無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用過程進(jìn)行論述。


關(guān)鍵詞：無線測溫技術(shù)；高壓開關(guān)柜；動態(tài)監(jiān)測

 

0引言
       傳統(tǒng)形式的無線測溫技術(shù)很難滿足高壓開關(guān)柜的測溫需求，如果不能對現(xiàn)有的測溫技術(shù)進(jìn)行改革與升級，就很難把控高壓開關(guān)柜的實時溫度，出現(xiàn)意外情況。將無線測溫技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)柜，不但能夠得到準(zhǔn)確的實時數(shù)據(jù)，而且設(shè)備的安裝方便快捷，符合高壓開關(guān)柜的發(fā)展需求。不同電壓高壓開關(guān)柜所需要的無線測溫技術(shù)存在少許的差異，該文以10kV高壓開關(guān)柜為例，探究了無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用過程。

 

1無線測溫技術(shù)
       無線測溫技術(shù)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(yuǎn)端主機實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜實時溫度的監(jiān)測。首先，在高壓開關(guān)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(guān)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(yuǎn)端主機；監(jiān)控站的工作人員就可以實時把控高壓開關(guān)柜的溫度，以便采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的遠(yuǎn)程控制。

 

2無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜測溫結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
       就無線測溫技術(shù)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(shù)的應(yīng)用效果，就需要對其測溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)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(yīng)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(guān)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(shè)備與無線通信續(xù)傳等，其主要作用是進(jìn)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(jìn)而完成對相應(yīng)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。

 

3無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用優(yōu)勢
       與傳統(tǒng)的蠟片方測溫技術(shù)相比，現(xiàn)階段不同的測溫技術(shù)具有不同的優(yōu)勢，相關(guān)的測溫技術(shù)見表1。
表1不同測溫技術(shù)對比

通過表1的對比，可以明顯觀察到無線測溫技術(shù)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(shù)應(yīng)用現(xiàn)階段先進(jìn)的微電子技術(shù)與數(shù)字溫控技術(shù)，降低了線路間信息傳遞的流失概率，有效地減少了設(shè)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(guān)工作人員及時發(fā)現(xiàn)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(shù)，無線測溫技術(shù)不需要投入過多的人力物力，只需要監(jiān)控站的相關(guān)工作人員對接收到的信息進(jìn)行合理分析；并且該測溫技術(shù)不需要鋪設(shè)較為繁復(fù)的線路，節(jié)省了很多前期建設(shè)的時間與資源資金的投入，快速地實現(xiàn)了對高壓開關(guān)柜的實時監(jiān)控。
3.3智能自動化
       無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)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(dá)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(guān)柜上應(yīng)用無線測溫技術(shù)的必要性
       在高壓開關(guān)柜上應(yīng)用無線測溫技術(shù)的必要性可以從2個方面進(jìn)行簡單論述。
4.1有效降低事故發(fā)生率
       從高壓開關(guān)柜的應(yīng)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(shù)對其進(jìn)行實時的監(jiān)控已經(jīng)勢在必行。該技術(shù)能夠幫助相關(guān)工作人員在問題發(fā)生初期就采取相應(yīng)的措施，以此來避免事故范圍的進(jìn)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(yīng)用規(guī)模與應(yīng)用需求不斷增長，高壓開關(guān)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(yīng)功能的不斷損耗，事故發(fā)生概率會逐漸提升，應(yīng)用無線測溫技術(shù)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(guān)柜的長時間運行。
 
5無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用過程
       無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)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(shù)為基礎(chǔ)來探究無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用過程，ZigBee技術(shù)相對于其他通信技術(shù)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(yīng)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(luò)組成。高壓開關(guān)柜中的多個測溫節(jié)點組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，首先，溫度傳感器在對10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)的各個溫度點進(jìn)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；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).png

圖1無線測溫系統(tǒng)總體機構(gòu)
       無線測溫系統(tǒng)將Windows當(dāng)做操作平臺，采用相應(yīng)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(yù)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(jìn)行詳細(xì)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(guān)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(guān)頁面，通過客戶端對高壓開關(guān)柜的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢，也可以根據(jù)其記錄的溫度查詢相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)。3）智能診斷與預(yù)警。當(dāng)高壓開關(guān)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(yīng)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(guān)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。

圖2無線測溫系統(tǒng)功能模塊.png

圖2無線測溫系統(tǒng)功能模塊
5.2設(shè)計相應(yīng)的硬件系統(tǒng)
       無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)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(xì)闡述，挑選其中重要的6個部分進(jìn)行詳細(xì)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(fù)責(zé)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(shè)計的主要內(nèi)容，其主要包括電源設(shè)備、通信設(shè)備和傳感器設(shè)備。具體的溫度采集器結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3溫度采集器結(jié)構(gòu)
5.2.4傳感器設(shè)備
       傳感器設(shè)備主要負(fù)責(zé)溫度節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換，通信設(shè)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(guān)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(guān)柜的安全運行，一般情況下會選擇將傳感器設(shè)備進(jìn)行牢固捆扎后，再安裝在高壓開關(guān)柜刀閘的A相、B相或者C相的相關(guān)位置。
5.3設(shè)計相應(yīng)的軟件系統(tǒng)
       軟件在無線測溫技術(shù)的應(yīng)用過程中起著重要的作用，主要包括預(yù)警、系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示與系統(tǒng)配置錄入等功能，是相關(guān)工作人員進(jìn)行應(yīng)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(jìn)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(shù)進(jìn)行測溫時，監(jiān)控中心裝設(shè)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(yīng)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(jìn)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(yīng)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(guān)工作人員采取合理的應(yīng)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(yīng)的溫度值，并傳送到監(jiān)控中心。系統(tǒng)預(yù)警的具體流程如圖4所示。

圖4系統(tǒng)預(yù)警流程.png

圖4系統(tǒng)預(yù)警流程
5.4相關(guān)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(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，應(yīng)用該系統(tǒng)對3臺高壓開關(guān)柜進(jìn)行測試，每臺高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)有2個溫度測點，設(shè)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(yù)警信息，并通知相關(guān)工作人員，從而及時遏制狀況的進(jìn)一步擴散，且該系統(tǒng)簡單易懂，方便相關(guān)工作人員便捷地監(jiān)控實時溫度。
 
6保障無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的正常運用措施
       保障無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)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(guān)設(shè)備的質(zhì)量
       在無線測溫系統(tǒng)投入使用前，應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測。同時，還需要考慮設(shè)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(hù)與保養(yǎng)
       不論是測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)備還是硬件設(shè)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(shè)備有一定出現(xiàn)故障的概率，這就需要相關(guān)工作人員對無線測溫設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，確保其一直處于佳的運行狀態(tài)，避免因設(shè)備損害而發(fā)揮不出作用，造成溫度測量不準(zhǔn)確與不及時的問題。
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(guān)工作人員在對高壓開關(guān)柜工作狀態(tài)進(jìn)行管理與監(jiān)督的同時，還要嚴(yán)格把控測溫系統(tǒng)的整體工作流程，使其可以更好地服務(wù)于工作人員對高壓開關(guān)柜開展的測溫工作。
 
7安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹
7.1概述

開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進(jìn)行測溫的系統(tǒng)，可對開關(guān)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(jìn)行實時監(jiān)測，方便運維人員及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設(shè)備運行情況。

3.2應(yīng)用場所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數(shù)據(jù)中心機房
7.3系統(tǒng)架構(gòu)

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

7.4系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能.png

7.4.1實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)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(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)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(shè)備運行溫度報表。

3.4.4實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設(shè)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?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。

3）短信警告?？梢韵蛱柎a發(fā)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(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

3.4.6用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

WEB，手機APP（可選）：

通過網(wǎng)頁和手機APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

3.5.產(chǎn)品選型
3.5.1無線測溫傳感器選型

3.5.2收發(fā)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(nèi)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(xiàn)開關(guān)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(nèi)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(xiàn)開關(guān)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(nèi)電氣接點無線測溫（集中就地顯示/就地?zé)o顯示）
a）配置方案

說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)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(xiàn)場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

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(xiàn)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(xiàn)開關(guān)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(fā)器接收所有型號傳感器實現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實現(xiàn)集中顯示，同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機保護(hù)、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)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(jié)語

       總的來說，實現(xiàn)無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，可以實時有效地掌握高壓開關(guān)柜的具體問題，以此來協(xié)助相關(guān)工作人員及時采取相應(yīng)的措施，做好事故的防治工作，促進(jìn)高壓開關(guān)柜的可持續(xù)運行。
 
參考文獻(xiàn)
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[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(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)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(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用