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淺談高壓小車開關柜中無線測溫系統設計與應用

更新時間：2023-02-20

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：文章提出了一種用于小車式開關柜的無線測溫系統，包括設于小車動觸頭套管上的溫度傳感器、環繞設于小車動觸頭上的電流傳感器，溫度傳感器及電流傳感器均分別連接有數據接收處理器，數據接收處理器電連接有設于小車式開關柜上的顯示屏；數據接收處理器連接有通信模塊，通信模塊連接有遠程報警單元；遠程報警單元電連接有終端設備。該無線測溫系統結構簡單，能夠遠程及時監控小車觸頭的工作情況；通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭安全運行。

關鍵詞：高壓小車開關柜；無線測溫系統；電磁干擾

0 引言

在高壓開關柜使用過程中，母線連接點和柜內的接觸點、動靜觸頭電路產生的發熱量過大，很容易出現火災事故和停電事故。所以，做好高壓開關柜中溫度的監測工作至關重要。由于高壓設備中存在裸露電壓，使用常規的溫度監測方法并不能將高壓絕緣問題解決，而無線溫度監控系統使用無線電波傳輸信息，無須進行布線和使用高壓設備等，也不需要采取相應的絕緣措施，可以有效解決高壓設備溫度監測問題，本文對高壓小車開關柜無線測溫系統的設計和實現進行分析探討。

1 無線測溫系統設計的重要性

10kV高壓柜是電力系統中的一部分，其安全運行是用戶負荷的重要保證。高壓柜的特點是負荷電流較大、容易發熱，需要定期測溫。從結構形式上看，10kV高壓柜分為旋轉刀閘式和小車式兩種，小車式高壓柜由于觸頭密封，在柜外無法觀察測溫，因此巡視人員只能通過對柜壁測溫來間接推算內部是否發熱，溫度的傳導損耗導致精度十分低，而且無法觀察細微的變化，不滿足安全運行的要求。

2 高壓開關柜無線測溫系統設計原理

2.1 系統的主要組成

無線測溫系統主要由無線溫度傳感器、無線溫度監測儀、監控室上位機、通信鏈路構成，其中，無線溫度傳感器主要安裝在開關柜面板上，用來收集各子無線溫度傳感器的數據，并進行處理和儲存，所有的無線傳感溫度監測儀都利用RS485總線和監控室上位機進行通信，從而組成分布式監測系統。

2.2 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器主要用來測量帶電物體表面溫度，如對高壓開關柜中的母排接頭和裸露觸電的運行溫度進行監測，無線溫度傳感器主要包括測量電路、溫度傳感器、無線調制接口、邏輯控制電路、供電電路，通過無線網絡將溫度信號傳送到無線溫度監測儀。無線溫度傳感器由于體積比較小，適合用來測量開關柜中的溫度熱接點，可以對開關柜中引出電纜接頭、觸頭、母線連接點的運行溫度進行測量。

2.3 無線溫度監測儀

無線溫度監測儀主要用來對溫度傳感器的數據收集、儲存、處理、報警信號輸出等，其中監控室PC機和RS485進行通信。LCD人機交互主要用來對當前無線傳感器無線溫度監測信息和溫度數據信息進行顯示，現場用戶可以通過執行輸入操作、輸出操作進行控制。例如對無線傳感器進行查詢和設置，而無線溫度監測儀則可以用來進行運行日志的查詢和配置。

2.4 抗電磁干擾

在進行設計時，無線傳感器布置在母排接近開關觸頭和接頭表面的觸臂上，一旦有大電流從觸臂和母排流過，會產生比較大的電磁場，進而影響傳感器的正常運行。為保證無線傳感器的正常運行，需要采取一定的屏蔽措施。在進行系統設計時，除了要對天線外接外，還需要在屏蔽盒中布置電路，降低運行過程中電磁輻射產生的影響。在導熱片上布置溫度傳感器，并將其他屏蔽盒中剩余的空間進行灌膠，為了保證其具有良好的絕緣性，需要將傳感器使用熱鎖管包裹好。

圖1為一種用于小車式開關柜無線測溫系統的結構組成，包括設于小車動觸頭套管1上的溫度傳感器2以及設于端子箱模塊3上的電流傳感器4，溫度傳感器2和電流傳感器4均分別連接有數據接收處理器5，數據接收處理器5電連接有設于小車式開關柜6上的顯示屏7；數據接收處理器5連接有通信模塊8，通信模塊8連接有遠程報警單元9；遠程報警單元9電連接有終端設備。其中，數據接收處理器5包括相互電連接的數據接收單元10和數據處理單元11。另外，數據接收單元10包括溫度數據接收單元、電流數據接收單元，溫度數據接收單元及電流數據接收單元均分別與數據處理單元11相連。其中，數據處理單元11與通信模塊8相連。另外，溫度傳感器2為綁扎式溫度傳感器，綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管1上。其中，溫度傳感器2為絕緣性溫度傳感器。

3 高壓小車開關柜無線測溫系統的實際應用

在該技術方案中，通過溫度傳感器的設置可以測量小車動觸頭的溫度，通過電流傳感器的設置可以測量流經小車動觸頭的電流；通過數據接收處理器的設置可以接收溫度數據及電流數據，并對當前的溫度數據與電流數據對應關系進行判斷，保證測量的準確性，避免了通過通信模塊連接的遠程報警單元出現誤報；同時小車式開關柜上設置有顯示屏，可以實時顯示電流、溫度數據，便于運維人員查看顯示屏及時了解小車式開關柜內的小車動觸頭發熱、電流情況，保證小車式開關柜的安全運行；同時遠程報警單元連接有終端設備，終端設備可以是手機或其他設備，便于運維人員通過終端設備及時掌握小車式開關柜的工作狀況。

數據接收處理器包括相互電連接的數據接收單元和數據處理單元。在該技術方案中，數據接收單元能夠接收溫度傳感器和電流傳感器測量的數據；數據處理單元能夠判斷電流與相對應的電流溫度是否在正常范圍內，如果電流在一定數值，溫度超出了設定的閾值，數據處理單元將判斷的指令以及接收的電流、溫度數據發送至通信模塊。

數據接收單元包括溫度數據接收單元、電流數據接收單元，二者均分別與數據處理單元相連。在該技術方案中，數據處理單元能夠處理電流數據接收單元接收的電流數據和溫度數據接收單元接收的溫度數據，并把處理后的指令、電流數據及溫度數據傳遞至通信模塊。

數據處理單元與通信模塊相連。在該技術方案中，通信模塊能夠將數據處理單元處理后的指令、電流數據及溫度數據發送至遠程報警單元。溫度傳感器為綁扎式溫度傳感器，將綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管上。綁扎式溫度傳感器可以根據小車觸頭套管的直徑大小進行調節，便于溫度傳感器安裝在不同規格的小車觸頭上。溫度傳感器采用絕緣性溫度傳感器。這樣設置可以使溫度傳感器盡可能靠近小車觸頭，得到更真實的溫度值，防止流經小車觸頭的電流對溫度傳感器的影響，保證溫度測量的準確性。

4 安科瑞溫度在線監測系統

4.1 概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，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熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

4.2 應用場所

適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。

4.3 系統結構

溫度在線監測系統結構圖

4.4 系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

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據。

4）實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，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行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。

4.5 系統硬件配置

溫度在線監測系統主要由設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關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

5 結語

綜上所述，該無線測溫系統是一種用于小車式開關柜無線測溫系統，通過電流傳感器及溫度傳感器的設置，反映出電流與溫度的關系，保證了測量小車觸頭的溫度數據及通過小車觸頭中的電流數據的可靠性，通過數據接收處理器的設置可以判斷在電流值一定的情況下，溫度數據超出設定的閾值后，數據接收處理器將指令、溫度數據及電流數據發送至通信模塊，通信模塊將接收的數據發送至遠程報警單元，便于后臺遠程及時監控小車觸頭的工作情況，通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭的安全運行。

參考文獻

[1]朱麗.基于ZigBee技術的農用環境監測系統的設計與實現[D]．成都：電子科技大學，2011．

[2]吳卓文.陳錦培. 高壓小車開關柜無線測溫系統設計與實現

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事溫度在線監測系統的研發與應用。

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