淺談無線測溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜中的應用

王蘭

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)應用于高壓開關(guān)柜，可以實現(xiàn)對其進行實時的動態(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的應對措施，避免意外情況的發(fā)生，有效促進了高壓開關(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)中的應用、無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應用優(yōu)勢、在高壓開關(guān)柜中應用無線測溫技術(shù)的必要性以及無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應用過程進行論述。

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)應用于開關(guān)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(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端主機；*后，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，以便采取相應的應對措施，實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的遠程控制。

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(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(shù)在高壓開關(guān)柜上的應用優(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)應用現(xiàn)階段先進的微電子技術(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，具有較高的安全性。

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行合理分析；并且該測溫技術(shù)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(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(guān)柜上應用無線測溫技術(shù)的必要性

在高壓開關(guān)柜上應用無線測溫技術(shù)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(guān)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(shù)對其進行實時的監(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(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(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[2]。

5無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應用過程

無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)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(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(guān)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(guān)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(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(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[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(shù)在10kV高壓開關(guān)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(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備進行牢固捆扎后，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設計相應的軟件系統(tǒng)

軟件在無線測溫技術(shù)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(guān)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(shù)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(guān)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(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)柜中的應用，應用該系統(tǒng)對3臺高壓開關(guān)柜進行測試，每臺高壓開關(guān)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(guān)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(guān)工作人員便捷地監(jiān)控實時溫度[4]。

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(guān)，對相關(guān)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(guān)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(guān)工作人員在對高壓開關(guān)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(guān)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(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(guān)設備運行溫度狀態(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遠程查看數(shù)據(jù)。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點規(guī)定時間的溫度數(shù)據(jù)。

1. 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。

1. 8結(jié)語

2. 總的來說，實現(xiàn)無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應用，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的措施，做好事故的防治工作，促進高壓開關(guān)柜的可持續(xù)運行。

3. 參考文獻:

4. 吳晨靜.高壓開關(guān)柜無線實時測溫系統(tǒng)的研究及應用[D].廣州：華南理工大學，2018（12）：25.

5. 周文文，聶一雄，徐衛(wèi)東，等.10kV智能化高壓開關(guān)柜測溫系統(tǒng)設計[J].廣東電力，2017（12）：130-135.

6. 陳凱彬等.基于ZigBee和CAN總線的高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)設計[J].科技風，2020（10）：3.

7. 胡凱波，許林波，夏志凌.基于ZigBee技術(shù)高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].自動化與儀表，2020（2）：100-103.

8. 陳琳，葉國 *jun.無線測溫技術(shù)在變電設備檢測系統(tǒng)中的運用——以聲表面波技術(shù)為研究案例[J].電子科學技術(shù)（北京），2017（5）：12.

9. 陳黎斌.無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應用