浅谈无线测温装置在高压开关柜上的应用及选型

摘要：高压开关柜在长时间运行过程中，其断路器触点、隔离开关和母线连接处等位置会因为材料老化和接触点电阻过大问题而产生过热现象，可能导致重大安全事故的发生。本文主要阐述了无线测温装置在高压开关柜上的相关应用，用以安全、持续性、实时地在线监测高压开关柜易出现过热情况的位置，做到事故的提前预防。

关键词：高压开关柜;过热；无线测温装置；在线监测

       目前,越来越多的电力用户开始在高压开关柜内加装温度实时监测系统,用来实时掌握高压开关柜的温度变化趋势和运行状态，做到事故隐患及时排查,并合理预留设备检修时间。然而，由于高压开关柜内部的设备组成较多，且布置结构相对复杂，其间存在有较大的电流和电压，导致开关柜内的电磁环境恶劣，现有的高压开关柜测温技术都存在着各种各样的局限性。

       比较常见的测温技术包括光纤测温、红外测温和无线感应测温。光纤测温时,其内部光纤在长时间使用后会积累大量灰尘，易导致光纤沿面的放电和闪络现象，造成光纤的绝缘性能降低，并给高压开关柜的安全运行带来隐患；红外测温设备容易受到外界环境温度的干扰,始终需要依靠人工巡查来实现测量,无法实现温度的在线实时监测；无线感应测温则需要在高压开关柜内加装感应线圈,在长期运行过程中很难保证其测量的可靠性和稳定性。

       而无线测温技术采用了无源无线的传感器和无线接收单元，其分别安装于高压柜内的测温点和开关柜柜外的电气小室，由于传感器本身无须电源额外供电、且不需要从电力装备上取电，因此具有明显的安全性、可靠性和可维护性。

       无线测温装置系统由无线测温传感器、数据读取器、数据接收天线和后台监控系统等组成，可以方便地安装在被测点上,准确跟踪发热点的温度变化，并通过无线传输方式将数据通过接收天线发送给数据读取器,从而进行对被测点温度信息的实时采集之后通过RS485通信方式将温度信息传输到后台监控系统,在后台实时显示出被测点的温度变化，方便运行人员实时掌控全厂高压开关的运行情况。

无线测温装置的系统优势包括:

       (1)无须电池。无线测温传感器采用被动感应的方式，无需利用电池进行驱动，因此减少了电池更换所带来的时间间隔和维护成本，同时不会因产生废旧电池而对生态环境造成影响。

       (2)安全可靠。无线测温装置不要求在被测点或相关支撑结构上进行连线，因此在传感器与接收设备之间不存在相关电气联系，从而实现了高压隔离，可以保障设备的安全运行。

       (3)安装过程方便灵活。传感器本体的体积较小，且与读入器之间进行数据的无线传输,因此安装过程灵活方便，不受开关柜结构和空间的影响。

       (4)环境适应性好。通过匹配软件的校正，可以补偿温度传感器在制作过程中的系统偏差，且传感器可在任何温度范围内工作,不会受到季节因素的影响。通常，只需在安装温度传感器时进行一次调试，之后多年内不需再进行校正。此外，沾污、积灰等情况也不会对温度传感器的准确性造成影响。

       (5)性价比高。无源无线的系统连接方式较大地保障了电力设备的安全运行，减少了设备的维修次数,使整个系统的安装、运维成本下降。

3.1系统结构图

       如图2所示，整个无线测温系统共分为三层：一层:无线测温传感器采集测温位置的温度数据；二层:数据读取器通过数据接收天线,接收来自无线测温传感器发送的数据并进行相关处理;三层:站内所有数据读取器通过RS485进行串联，然后将数据读取器处理过的所有数据发送到站内交换机，之后传送到达站内测温工控机进行实时显示。

3.2 无线测温传感器的安装

       高压开关柜内的每个测温点都需要安装一个无线测温传感器，用于对该点位的实时温度测量。无线测温传感器的安装方式有很多种，具体如图3所示。常用的方式是螺栓固定式、硅胶表带捆绑式、卡环式等，安装方便灵活。螺栓固定式通常在母排等平整位置进行安装,易于固定螺丝;硅胶表带捆绑式通常在不易于使用螺栓固定安装的位置进行安装;卡环式通常用于断路器动触头处的监测安装,使无线测温传感器能方便地卡在动触头上。由于高压开关柜一般用于监测断路器触头、隔离刀闸触头和进线电缆头等易发热点位，因此当无线测温传感器被安装在这些发热点处时，要求无线传感器底板和母排需要紧密接触并固定，不能出现底板翘起等现象。

3.3 数据接收天线和数据读取器安装

       数据接收天线是通过底部的强永磁铁吸附在柜外电气小室内,安装位置灵活方便，由于高压开关柜的结构复杂,为了保证信号的稳定和强度，所以一般要求每3个监测点至少需要配置一根数据接收天线用于接收无线测温传感器的温度数据，比如:断路器上、下静触头处安装了6个无线测温传感器进行监测，那就需要2根天线用于接收数据，且要调整数据接收天线的位置使其接收到的信号较强和稳定。数据读取器是通过导轨方式安装在开关柜电气小室，并连接天线,V+/V-连接电源(DC24V-DC36V)、PE接地、DATA+/DATA-接RS485通信线到中控后台等，同时需要保证读取器上的接地点安全接地。接收天线和数据读取器的安装位点如图4所示

3.4 后台实时监测数据

       后台监控系统由显示器和工控机组成,在安装实时监控软件后，能够自动接收无线测温传感器测得的实时温度数据。温度数据保存在数据库中，用户可以设定时间区间、监控对象进行历史温度信息的查询。同时,用户还可以在主站系统中某一具体的被测设备或无线测温传感器进行实时的温度信息采集。当设备温度的值或温度的变化率过上限，系统可为运行管理人员提供告警信息，以便及时或预知性的发现和排除故障，从而较大限度地保障电力设备的安全稳定运行。同时，用户可以方便地查看历史温度信息，并通过列表、曲线等多种展现形式进行展现。

4.1 概述

       电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触 电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。

       Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS 485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

4.2应用场所

       适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

4.3系统结构

温度在线监测系统结构图

4.4系统功能

       测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

4.4.1 温度显示

       显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

4.4.2 温度曲线

       查看每个测温点的温度趋势曲线。

4.4.3 运行报表

       查询及打印各测温点时间的温度数据。

4.4.4 实时告警

       系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

4.4.5 历史事件查询

能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

4.5系统硬件配置

       温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

       无线测温装置系统解决了不易对高压开关柜发热部位进行温度监测的难题，其无线测温传感器能够安全、方便地安装在咼压开关柜断路器触头、隔离开关触头、电缆接头和母排连接处，完成温度实时监测，并通过数据接收天线接收无线测温传感器的温度数据,传输数据读取器进行解析，然后通过RS485通信传输给后台监控系统，为运行管理人员展现高压柜的实时运行情况,保证电网的安全可靠运行。

       [1] 温琪.高压开关柜无线测温系统的研究[D].杭州：浙江大学，2014.

       [2] 项首有.高压开关柜无线测温系统的设计及应用[J].电世界,2017,58(8)：19.

       [3] 李冬，牟元恩,张营.高压开关柜无线测温系统设计[J].江苏科技信息，2017(24) :59-60.

       [4] 陈雪薇，马国明，李成榕，等.高压开关柜无线测温系统设计及可靠性研究[J].高压电器，2015,51(6)： 152-160.

       [5] 刘昊.无线测温装置在高压开关柜上的应用