浅谈无线测温技术在高压开关柜中的应用
时间：2021-12-21 阅读：418
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：高压开关柜是配电系统中重要的组成部分，其主要作用是控制电荷、分配电能和开断电流等，对维持系统的稳定性有一定的保障作用。将无线测温技术应用于高压开关柜，可以实现对其进行实时的动态监测，有助于相关工作人员根据高压开关柜的温度变化采取相应的应对措施，避免意外情况的发生，有效促进了高压开关柜的正常运行。该文就无线测温技术的技术、无线测温技术在高压开关柜测温结构中的应用、无线测温技术在高压开关柜中的应用优势、在高压开关柜中应用无线测温技术的必要性以及无线测温技术在高压开关柜中的应用过程进行论述。
关键词：无线测温技术；高压开关柜；动态监测
0引言
传统形式的无线测温技术很难满足高压开关柜的测温需求，如果不能对现有的测温技术进行改革与升级，就很难把控高压开关柜的实时温度，出现意外情况。将无线测温技术应用于开关柜，不但能够得到准确的实时数据，而且设备的安装方便快捷，符合高压开关柜的发展需求。不同电压高压开关柜所需要的无线测温技术存在少许的差异，该文以10kV高压开关柜为例，探究了无线测温技术在高压开关柜上的应用过程。
1无线测温技术
无线测温技术属于接触式测温，主要通过温度传感器、数据处理器与远端主机实现对高压开关柜实时温度的监测。首先，在高压开关柜需要测温的区域安装温度传感器，温度传感器将接收到的温度数据传输给数据处理器；其次，数据处理器将数据处理之后显示出高压开关柜中的具体温度；再次，无线测温系统会将该温度数据通过局域网传输到远端主机；监控站的工作人员就可以实时把控高压开关柜的温度，以便采取相应的应对措施，实现对高压开关柜的远程控制。
2无线测温技术在高压开关柜测温结构中的应用
就无线测温技术的作用形式来说，其是通过固定的系统产生作用，要了解无线测温技术的应用效果，就需要对其测温结构进行详细分析。一般情况下，无线测温系统包括主控层、通信管理层与系统现场控制层3层结构。主控层的作用主要是在计算机上安装对应的监控软件，实现对温度数据的接收与传输，其大致的工作流程分为以下2个步骤：1）系统发布命令实现对相关温度数据的管理与控制。2）显示温度统计数据与分析报表。通信管理层的主要结构包括通信电缆结构、协议转换器设备与无线通信续传等，其主要作用是进行数据采集，并将采集到的数据储存在计算机终端，进而完成对相应数据的处理。系统现场控制层主要包括智能化仪表结构、射频天线与无线射频温度传感器等，其主要用于在测温点采集温度，具有现场性的特点，能够实现对温度的实时采集与传输。
3无线测温技术在高压开关柜上的应用优势
与传统的蜡片方测温技术相比，现阶段不同的测温技术具有不同的优势，相关的测温技术见表1。
表1不同测温技术对比
通过表1的对比，可以明显观察到无线测温技术的优势所在，具体的优势表现在以下3个方面。
3.1安全性高
无线测温技术应用现阶段的微电子技术与数字温控技术，降低了线路间信息传递的流失概率，有效地减少了设备间的信号干扰，并且完善的信息报警系统与实时检测系统可以帮助相关工作人员及时发现问题与解决问题，具有高的安全性。
3.2操作方便
相比其他形式的测温技术，无线测温技术不需要投入过多的人力物力，只需要监控站的相关工作人员对接收到的信息进行合理分析；并且该测温技术不需要铺设较为繁复的线路，节省了很多前期建设的时间与资源资金的投入，快速地实现了对高压开关柜的实时监控。
3.3智能自动化
无线测温技术在高压开关柜中的应用过程具有较高的智能自动化，不需要人力的过多参与。温度采集器在完成信息采集之后，通过层层让信息到达监控中心，经监控中心的数据分析与对比，将具体的温度信息传输给终端，实现全过程的自动化。
4在高压开关柜上应用无线测温技术的必要性
在高压开关柜上应用无线测温技术的必要性可以从2个方面进行简单论述。
4.1有效降低事故发生率
从高压开关柜的应用现状来说，由于温度过高且没有及时发现而造成事故的状况越来越多，利用无线测温技术对其进行实时的监控已经势在必行。该技术能够帮助相关工作人员在问题发生初期就采取相应的措施，以此来避免事故范围的进一步扩大，这对电力系统的整体安全运行有积极的意义。
4.2及时发现隐患故障
由于电力资源的应用规模与应用需求不断增长，高压开关柜多处于长时间运行状态，这会加速其老化的速度。且随着其相应功能的不断损耗，事故发生概率会逐渐提升，应用无线测温技术的报警系统，能够及时地发现系统中存在的隐患与故障，有利于高压开关柜的长时间运行。
5无线测温技术在高压开关柜上的应用过程
无线测温技术在高压开关柜上的应用可以从多角度切入，在此不能阐述全部状况，以下就以ZigBee技术为基础来探究无线测温技术在10kV高压开关柜上的应用过程，ZigBee技术相对于其他通信技术来说，有低功效与短距离的特点，其一般传输距离在10m以内，性价比较高。它的具体应用过程如下。
5.1构架无线测温系统的总体结构
无线测温系统主要由上位监控中心与无线传感网络组成。高压开关柜中的多个测温节点组成无线传感网络，首先，温度传感器在对10kV高压开关柜内的各个温度点进行数据采集之后；其次，将温度信号通过一定的方式转换成电信号，再由ZigBee芯片发射到数据协调器；再次，通过以太网传输到监控中心；监控中心对温度数据展开分析与处理，以此来实现对温度的实时监控。无线测温系统的具体结构如图1所示。
图1无线测温系统总体机构
无线测温系统将Windows当做操作平台，采用相应的数据库语言编写程序，工作人员可以通过交互实现预警、智能诊断与温度查询等功能。主要的模块功能如图2所示，模块功能可从以下3个方面进行详细论述：1）数据采集。无线测温系统通过安装的测温节点实现对高压开关柜内触点温度数据与接头温度数据的采集，将采集到的数据转化为电信号之后，经ZigBee芯片处理，发送到监控中心。2）实时温度查询。工作人员可以登陆相关页面，通过客户端对高压开关柜的温度数据进行查询，也可以根据其记录的温度查询相应的历史数据。3）智能诊断与预警。当高压开关柜内的测点温度超过限值或者其温度变化率超过规定限值时，系统会发出警报并且显示出对应的温度数值，以此来提醒监控中线的工作人员，高压开关柜中可能存在温度隐患，这样工作人员就有充足的时间商讨出可行的对策，降低了事故态势的蔓延。
图2无线测温系统功能模块
5.2设计相应的硬件系统
无线测温技术在10kV高压开关柜中的应用，其硬件系统包括通信单元、微控制器、温度显示仪与温度传感器等。在此不能全部详细阐述，挑选其中重要的6个部分进行详细论述。
5.2.1微控制器
微控制器作为无线测温系统的控制单元，它主要负责读取温度数据。
5.2.2温度显示仪
温度显示仪的主要作用是接收温度传感器传输过来的温度数据，并且在LCD屏幕上实时显示该数据的真实数值，再将温度数据的数值与地址传输到监控中心。
5.2.3温度采集器
温度采集器是硬件设计的主要内容，其主要包括电源设备、通信设备和传感器设备。具体的温度采集器结构图如图3所示。
图3温度采集器结构
5.2.4传感器设备
传感器设备主要负责温度节点的温度数据采集与转换，通信设备的主要作用是处理和传输数据。
5.2.5协调器
协调器与终端相比，虽然没有测温功能，但是它添加了相关接口芯片。
5.2.6综合管理
为了方便对无线测温系统硬件的后续管理，同时也为了保障高压开关柜的安全运行，一般情况下会选择将传感器设备进行牢固捆扎后，再安装在高压开关柜刀闸的A相、B相或者C相的相关位置。
5.3设计相应的软件系统
软件在无线测温技术的应用过程中起着重要的作用，主要包括预警、系统数据显示与系统配置录入等功能，是相关工作人员进行应用管理的窗口。无线测温软件系统在初始化后，可以直接对各温度点的温度进行信息采集，然后再传输温度数据与传感器编号。
在利用无线测温技术进行测温时，监控中心装设有监测工作站，利用CAN总线，已经安装软件的计算机可与温度显示仪直接相连。温度显示仪在接收到温度数据后，会显示出温度数据的实时数值与对应的传感器编号，然后数据处理器会将得到的温度数据值与正常的温度值进行比较，如果采集到的温度数据值或者温度变化率超过正常温度值与正常范围，就会被系统判断为超温，发出相应的警报，并在LCD屏显示；这种警报信号会通过通信单元传输到主控站的监控中心，提醒相关工作人员采取合理的应对策略，如果无线测温软件系统判断温度未超过限值，同样会在LCD屏中显示出相应的温度值，并传送到监控中心。系统预警的具体流程如图4所示。
图4系统预警流程
5.4相关测试
通过建立无线测温系统可以有效地实现无线测温技术在高压开关柜中的应用，应用该系统对3台高压开关柜进行测试，每台高压开关柜内设有2个温度测点，设定温度限制值为40℃，监测结果如图5所示。由温度监测界面可以看出，
一旦测点温度超出异常值，就会在显示屏中发出预警信息，并通知相关工作人员，从而及时遏制状况的进一步扩散，且该系统简单易懂，方便相关工作人员便捷地监控实时温度。
6保障无线测温技术在高压开关柜中的正常运用措施
保障无线测温技术在高压开关柜中的正常运用，可以采取以下3个方面的措施。
6.1确保相关设备的质量
在无线测温系统投入使用前，应该严把质量关，对相关设备与系统进行质量监测。同时，还需要考虑设备与系统的性价比，选择品质与寿命更好的产品。
6.2注重运行过程中的维护与保养
不论是测温系统的软件设备还是硬件设备，在经过长时间的运行后，都会出现磨损与老化的情况，这意味着该设备有一定出现故障的概率，这就需要相关工作人员对无线测温设备进行定期的维护和保养，确保其一直处于佳的运行状态，避免因设备损害而发挥不出作用，造成温度测量不准确与不及时的问题。
6.3注重监督与管理
从宏观层面讨论无线测温系统的日常管理工作，就要求相关工作人员在对高压开关柜工作状态进行管理与监督的同时，还要严格把控测温系统的整体工作流程，使其可以更好地服务于工作人员对高压开关柜开展的测温工作。
7安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍
7.1概述
开关柜温度在线监测系统是基于470MHz无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头，柜体表面等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。
7.2应用场所
变电所，配电室，箱变等
配电室箱变数据中心机房
7.3系统架构
开关柜无线测温系统由无线温度传感器、测温通讯终端（温度显示仪）、温度监测预警工作站三部分组成，
7.4系统功能
7.4.1实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息。
7.4.2温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）：
7.4.3运行报表
查询各回路设备运行温度报表。
7.4.4实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出警告。设备提供以下几种告警方式：
1）弹出事件报警窗口。
2）实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警。
3）短信警告。可以向发送告警信息短信（需选配）。
7.4.5历史告警查询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有告警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
7.4.6用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
7.4.7定值设置
用于修改高温定值、超温定值。
WEB，手机APP（可选）：
通过和手机APP展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。
7.5.产品选型
7.5.1无线测温传感器选型
7.5.2收发器选型
7.5.3测温通讯终端（温度显示仪）选型
7.6典型配置方案
7.6.1高低压柜内电气接点无线测温（单柜就地显示）
a）配置方案
说明：ARTM-Pn通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收60只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b）安装实例
ARTM-PnATE100接点测温ATE200母排测温ATE400断路器触头测温
7.6.2高压柜内电气接点无线测温带操显功能（单柜就地显示）
a）配置方案
说明：ASD320通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收12只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b）安装实例
ASD320ATE200触头测温ATE400母排测温ATE100M柜体测温
7.6.3高低压柜内电气接点无线测温（集中就地显示/就地无显示）
a）配置方案
说明：触摸屏通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果现场不需要就地显示，可以直接通过ATC的RS485接口，把数据传送到值班室的远程温度监控系统。
b）安装实例
ATP070ATCATE200接点测温ATE200电容器表面测温
7.6.4就地壁挂式集中显示方案（适用于改造，不方便在柜子上加装显示屏的现场）
方案一：Acrel-2000T/A就地集中显示：
说明：Acrel-2000/A通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
方案二：Acrel-2000T/B就地集中显示：
说明：Acrel-2000T/B不仅可以通过RS485连接多种ATC收发器接收所有型号传感器实现集中显示，还可以通讯连接配电室内无线测温相关就地显示装置实现集中显示，同时还可以连接配电室内智能操控、微机保护、电力仪表等电力监控设备进行监测。
7.6.5低压电气接点有线测温、变压器绕组测温
a）配置方案
说明：ARTM-8温度巡检仪可配8路Pt100传感器，有线连接，Pt100传感器客户自配，测量低压电气接点时Pt100传感器需做好绝缘处理。
b）安装实例
ARTM-8PT100
8结语
总的来说，实现无线测温技术在高压开关柜中的应用，可以实时有效地掌握高压开关柜的具体问题，以此来协助相关工作人员及时采取相应的措施，做好事故的防治工作，促进高压开关柜的可持续运行。
参考文献
[1]吴晨静.高压开关柜无线实时测温系统的研究及应用[D].广州：华南理工大学，2018（12）:25.
[2]陈黎斌.无线测温技术在高压开关柜中的应用.
[3]安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.02月版.
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06月版.