任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行的一個重要部分為高壓開關(guān)柜。高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)非常關(guān)鍵，因為整體溫度太高會逐漸損耗其電氣設(shè)備。分析10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)，闡述10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計、技術(shù)特點及工作原理，總結(jié)了無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備；高壓開關(guān)柜；無線測溫技術(shù)

1、整體設(shè)計

本文選擇KYN型開關(guān)柜作為研究對象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備、移動式結(jié)構(gòu)以及戶內(nèi)裝置。根據(jù)10kV高壓開關(guān)柜的安全運行需求，10kV高壓開關(guān)柜的整體設(shè)計要從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對系統(tǒng)的設(shè)計分析，主要由3部分組成，即高壓測發(fā)射端、低壓側(cè)接收端以及上位機數(shù)據(jù)處理控制。這一設(shè)計考慮到KYN型開關(guān)柜所具備的6個梅花觸頭，并提供了470MHz無線數(shù)據(jù)傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側(cè)電源，ATE400溫度傳感器測量觸頭溫度，系統(tǒng)由此能夠準(zhǔn)確反映觸頭溫度變化。

2、溫度傳感器的選擇

一般工業(yè)場所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個傳感器可以發(fā)現(xiàn)，每一個傳感器自身都有明確的溫度測量范圍。明確的溫度測量范圍值，可以認(rèn)知其傳感器的適應(yīng)溫度環(huán)境的變化程度。結(jié)合設(shè)計成本和難度，大多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)都會選擇應(yīng)用ATE400溫度傳感器。究其原因，主要是其ATE400溫度傳感器的價格比較實惠，同時具備高精度測量、簡便的測溫路線以及使用拓展性方便的優(yōu)勢。

3、高、低壓側(cè)信號傳輸方式選擇

無線信號傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)計的良好程度。無線信號傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)等。但是，由于不同技術(shù)的抗干擾性以及功耗有所不同，因此10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)在無線信號傳輸方式上主要選擇藍(lán)牙技術(shù)。

4、高壓側(cè)供電方式選擇

供電電源間的高壓側(cè)電路需要滿足不間斷供電、抗干擾能力強以及高穩(wěn)定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是，10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)主要應(yīng)用了CT互感器電源供電方式，因為CT互感器電源供電更能滿足高壓側(cè)電路多種需求點，同時具備結(jié)構(gòu)安全、應(yīng)用成熟以及使用環(huán)境優(yōu)良的優(yōu)勢。

1、無線測溫原理

結(jié)合不同的溫度傳感元件進(jìn)行測溫就是無線測溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測溫傳感器、半導(dǎo)體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

2、熱敏電阻溫度傳感器

針對不斷變化的溫度，它的阻值也呈現(xiàn)出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過來，可以結(jié)合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優(yōu)勢也由此顯現(xiàn)，即具備較高的靈敏度，劣勢即熱敏電阻值與溫度的線性關(guān)系變差，進(jìn)一步導(dǎo)致元件被老化，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限，還會隨著長時間的使用使其溫度測定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性變差。

3、紅外測溫度傳感器

黑體輻射定律就是紅外測溫度傳感器應(yīng)用原理，即任意一個物體只要高于0P,就會不自覺地發(fā)射出紅外線。它的特點就是應(yīng)用非接觸式的測量，所以測量探頭以及被測物體不需要進(jìn)行遮擋，也不用做出多種絕緣處理。但是，紅外測溫度傳感器非常容易受到溫度、濕

度以及輻射等因素的影響，導(dǎo)致測溫精度出現(xiàn)偏差。

4、半導(dǎo)體傳感器

PN作為一個測溫元件，它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發(fā)生變化。通過加強恒定電流的方式，結(jié)合運行狀態(tài)中電流的大小，測定其高壓開關(guān)柜的溫度。雖然這種方式測定的溫度準(zhǔn)確度高，但是整體的靈敏度不如熱敏電阻，因為其反應(yīng)的時間較長。然而，半導(dǎo)體傳感器不易老化，而且整體的使用年限較高，因此具有較高的可靠性。

5、聲表面溫度傳感器

聲表面溫度傳感器測溫方式非常特殊，即為無源測量，可以借助無線傳輸測量高壓開關(guān)柜的具體溫度。整體優(yōu)勢是體積小，不用結(jié)合電源，但是整體的傳輸距離短，且整個傳輸過程不能有障礙物，否則易發(fā)生位移和震動的情況，非常容易產(chǎn)生聲表面相位變化，影響其測溫值的準(zhǔn)確性。

6、無源無線溫度傳感器

應(yīng)用能量收集方式進(jìn)行能量的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能量需求，即可以充分摒棄傳統(tǒng)電池和CT取電的方式。整個無源無線溫度傳感器安全可靠性較高。整個能量收集技術(shù)沒有污染，還有可循環(huán)、低能耗的優(yōu)點。因此，未來的無線測溫系統(tǒng)的發(fā)展大多會建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)上，并呈現(xiàn)出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。

1、安全性

獨立式的電位絕緣安裝的無線測溫系統(tǒng)，是可以大范圍規(guī)避其爬電帶來的不良影響的系統(tǒng)，還能有效提升電氣設(shè)備的安全性能。因此，整個無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)為較高的安全性。

2、準(zhǔn)確性

無線測溫系統(tǒng)應(yīng)用的器件大多數(shù)為高精度數(shù)字傳感器，可以充分肯定測溫方式多為接觸式。整個傳感器的位置非常接近發(fā)熱點，可以實現(xiàn)快速測定溫度點的溫度變化的目標(biāo)，顯示出無線測溫系統(tǒng)的整體測量準(zhǔn)確性。

3、靈活性

由于無線測溫器件本身體積較小，所以整個器件安裝過程非常便捷，整個組網(wǎng)也非常靈活，即可以應(yīng)用無線或者有線的網(wǎng)絡(luò)連線方式。器件的體積小還能方便多個監(jiān)控點的安裝，得到測量數(shù)據(jù)。

4、易用性

無線測溫系統(tǒng)的整個操作平臺主要是應(yīng)用模塊化設(shè)計，因此會更加便捷性地鏈接其網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到自動化控制系統(tǒng)，且整體的使用性能也更加方便。

5、功耗低

低功耗的設(shè)計理念應(yīng)用于無線測溫，可以達(dá)成正常測溫的目的，同時提升無線測溫傳感器的使用年限。

現(xiàn)階段，我國多個企業(yè)公司的科研院校以及部門都已經(jīng)研制出多個不同類型的10kV高壓開關(guān)柜無線溫度在線檢測測量系統(tǒng)。比如，某一公司早已研制出一種特殊裝置，從正常層面上認(rèn)知其裝置是一種非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)，主要的監(jiān)測功能是進(jìn)行配電開關(guān)柜中一個特定部位溫度連續(xù)性的監(jiān)控，且這個監(jiān)測部位是整個10kV高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵部位。監(jiān)測其部位的目的是得到準(zhǔn)確度較高的運行工作狀態(tài)以及溫度，同時其非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)還監(jiān)測斷路器的工作狀態(tài)。整個非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件。石英晶體聲表面波元件應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)中，主要作為溫度敏感元件。該溫度敏感元件會直接粘貼在待測的位置點。由溫度敏感元件組成的10kV高壓開關(guān)柜會組成振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號。10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應(yīng)用其中，能充分滿足系統(tǒng)并發(fā)揮其自身數(shù)字化特點，進(jìn)一步抑制強電場的干擾性，達(dá)到過熱警報的目的。此外，監(jiān)控設(shè)備還可以借助微機聯(lián)網(wǎng)方式，得到集中式監(jiān)測。

實際應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜中的無線測溫系統(tǒng)的優(yōu)勢非常明顯，即性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、便捷安裝和操作。因此，多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜都會應(yīng)用無線測溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測溫。同時，整個無線測溫系統(tǒng)的價格并不高，是人們可接受的系統(tǒng)價格范圍。小巧結(jié)構(gòu)設(shè)計的無線測溫模塊便于變動其開關(guān)柜，即進(jìn)行開關(guān)柜配套時，即使原柜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變動，也能進(jìn)行快速安裝工作。只要對應(yīng)開關(guān)柜配件，再打上相應(yīng)的安裝孔，就能實現(xiàn)快速安裝。整個安裝過程不會影響原有的開關(guān)柜的無線測溫系統(tǒng)性能，尤其是針對開關(guān)柜的絕緣性能，安裝過程中絕緣性能非常好。智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)是一個龐大且繁雜的系統(tǒng)工程，經(jīng)過不斷發(fā)展系統(tǒng)工程，明確系統(tǒng)工程作為電力公司以及全社會改革與創(chuàng)新的前提，能不斷推動我國智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。國家早在2006年就發(fā)布了多個系統(tǒng)電力設(shè)備安全使用的重要文件，明確認(rèn)知其國家優(yōu)先發(fā)展以及實施的主體是智能電網(wǎng)安全保障。我國當(dāng)前處于經(jīng)濟發(fā)展的增長時期，國家電網(wǎng)的電力供電量已經(jīng)不能滿足居民的日常生活和社會生產(chǎn)需求。因此，國家要加大電網(wǎng)的供電量，但這樣會導(dǎo)致電網(wǎng)電器設(shè)備出現(xiàn)隱患，尤其是對于智能電網(wǎng)末端的10kV高壓開關(guān)柜。因此，只有確保高壓開關(guān)柜的安全，才能進(jìn)一步促進(jìn)電網(wǎng)溫度監(jiān)測效果。

1、概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)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(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)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(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

2、應(yīng)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(shè)備的溫度監(jiān)測。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

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(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）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(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

4）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。

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

5、系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)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(guān)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(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

就10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)進(jìn)行深度分析，結(jié)合實際的10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)特點和實際應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，達(dá)成保障智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，推動10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

［1］崔金奇．10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)分析[J]．通信電源技術(shù),2020,037(005):45-46

［2］陳秋佳．高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計與運用分析[J]．科技資訊,2018,016(004):6769

［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022年05版

作者簡介：任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)。