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淺談無線測溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

更新時(shí)間：2023-07-03

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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：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(yīng)用于高壓開關(guān)柜，可以實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)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(yīng)的應(yīng)對措施，避免意外情況的發(fā)生，有效促進(jìn)了高壓開關(guān)柜的正常運(yùn)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(yīng)用、無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用優(yōu)勢、在高壓開關(guān)柜中應(yīng)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(yīng)用過程進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：無線測溫技術(shù)；高壓開關(guān)柜；動(dòng)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(jìn)行改革與升級，就很難把控高壓開關(guān)柜的實(shí)時(shí)溫度，出現(xiàn)意外情況。將無線測溫技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)柜，不但能夠得到準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且設(shè)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(yīng)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(yuǎn)端主機(jī)實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)柜實(shí)時(shí)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(huì)將該溫度數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端主機(jī)；*后，監(jiān)控站的工作人員就可以實(shí)時(shí)把控高壓開關(guān)柜的溫度，以便采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)柜的遠(yuǎn)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(yīng)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(yīng)用效果，就需要對其測溫結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)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(jì)算機(jī)上安裝對應(yīng)的監(jiān)控軟件，實(shí)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(gè)步驟：1）系統(tǒng)發(fā)布命令實(shí)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(jì)數(shù)據(jù)與分析報(bào)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(shè)備與無線通信續(xù)傳等，其主要作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)終端，進(jìn)而完成對相應(yīng)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(diǎn)采集溫度，具有現(xiàn)場性的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)采集與傳輸[1]。

3 無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)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(gè)方面。

3.1安全性高

無線測溫技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)階段先進(jìn)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(shè)備間的信號干擾，并且完善的信息報(bào)警系統(tǒng)與實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)可以幫助相關(guān)工作人員及時(shí)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(jìn)行合理分析；并且該測溫技術(shù)不需要鋪設(shè)較為繁復(fù)的線路，節(jié)省了很多前期建設(shè)的時(shí)間與資源資金的投入，快速地實(shí)現(xiàn)了對高壓開關(guān)柜的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3智能自動(dòng)化

無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用過程具有較高的智能自動(dòng)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(dá)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(shí)現(xiàn)全過程的自動(dòng)化。

4 在高壓開關(guān)柜上應(yīng)用無線測溫技術(shù)的必要性

在高壓開關(guān)柜上應(yīng)用無線測溫技術(shù)的必要性可以從2個(gè)方面進(jìn)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(yīng)用現(xiàn)狀來說，由于溫度過高且沒有及時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(yīng)的措施，以此來避免事故范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，這對電力系統(tǒng)的整體安全運(yùn)行有積極的意義。

4.2及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患故障

由于電力資源的應(yīng)用規(guī)模與應(yīng)用需求不斷增長，高壓開關(guān)柜多處于長時(shí)間運(yùn)行狀態(tài)，這會(huì)加速其老化的速度。且隨著其相應(yīng)功能的不斷損耗，事故發(fā)生概率會(huì)逐漸提升，應(yīng)用無線測溫技術(shù)的報(bào)警系統(tǒng)，能夠及時(shí)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(shí)間運(yùn)行[2]。

5 無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用過程

無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)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(yīng)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(diǎn)，其一般傳輸距離在10m以內(nèi)，性價(jià)比較高。它的具體應(yīng)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(luò)組成。高壓開關(guān)柜中的多個(gè)測溫節(jié)點(diǎn)組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，首先，溫度傳感器在對10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)的各個(gè)溫度點(diǎn)進(jìn)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(shí)現(xiàn)對溫度的實(shí)時(shí)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(jī)構(gòu)

無線測溫系統(tǒng)將Windows當(dāng)做操作平臺(tái)，采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫語言編寫程序，工作人員可以通過交互實(shí)現(xiàn)預(yù)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(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)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(shí)時(shí)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(jìn)行查詢，也可以根據(jù)其記錄的溫度查詢相應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)。3）智能診斷與預(yù)警。當(dāng)高壓開關(guān)柜內(nèi)的測點(diǎn)溫度超過限值或者其溫度變化率超過規(guī)定限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)并且顯示出對應(yīng)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(shí)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(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件系統(tǒng)

無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)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(xì)闡述，挑選其中重要的6個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)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(fù)責(zé)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(shí)時(shí)顯示該數(shù)據(jù)的真實(shí)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(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，其主要包括電源設(shè)備、通信設(shè)備和傳感器設(shè)備。具體的溫度采集器構(gòu)圖如圖3所示。

5.2.4傳感器設(shè)備

傳感器設(shè)備主要負(fù)責(zé)溫度節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換，通信設(shè)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(shí)也為了保障高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行，一般情況下會(huì)選擇將傳感器設(shè)備進(jìn)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(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件系統(tǒng)

軟件在無線測溫技術(shù)的應(yīng)用過程中起著重要的作用，主要包括預(yù)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(jìn)行應(yīng)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(diǎn)的溫度進(jìn)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(jìn)行測溫時(shí)，監(jiān)控中心裝設(shè)有監(jiān)測工作站，利用CAN總線，已經(jīng)安裝軟件的計(jì)算機(jī)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(huì)顯示出溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)數(shù)值與對應(yīng)的傳感器編號，然后數(shù)據(jù)處理器會(huì)將得到的溫度數(shù)據(jù)值與正常的溫度值進(jìn)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(huì)被系統(tǒng)判斷為超溫，發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)，并在LCD屏顯示；這種警報(bào)信號會(huì)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(yīng)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(huì)在LCD屏中顯示出相應(yīng)的溫度值，并傳送到監(jiān)控中心。系統(tǒng)預(yù)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(shí)現(xiàn)無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，應(yīng)用該系統(tǒng)對3臺(tái)高壓開關(guān)柜進(jìn)行測試，每臺(tái)高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)有2個(gè)溫度測點(diǎn)，設(shè)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(diǎn)溫度超出異常值，就會(huì)在顯示屏中發(fā)出預(yù)警信息，并通知相關(guān)工作人員，從而及時(shí)遏制狀況的進(jìn)一步擴(kuò)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(shí)時(shí)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(yùn)用措施保障無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的正常運(yùn)用，可以采取以下3個(gè)方面的措施。

6.1確保相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量

在無線測溫系統(tǒng)投入使用前，應(yīng)該嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，對相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測。同時(shí)，還需要考慮設(shè)備與系統(tǒng)的性價(jià)比，選擇品質(zhì)與壽命更好的產(chǎn)品。

6.2注重運(yùn)行過程中的維護(hù)與保養(yǎng)

不論是測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)備還是硬件設(shè)備，在經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行后，都會(huì)出現(xiàn)磨損與老化的情況，這意味著該設(shè)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(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)，確保其一直處于運(yùn)行狀態(tài)，避免因設(shè)備損害而發(fā)揮不出作用，造成溫度測量不準(zhǔn)確與不及時(shí)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(jìn)行管理與監(jiān)督的同時(shí)，還要嚴(yán)格把控測溫系統(tǒng)的整體工作流程，使其可以更好地服務(wù)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(diǎn)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(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)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(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)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(jì)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(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)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(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

7.2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(jī)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。

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(jī)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(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測溫點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)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(shí)提醒值班人員。

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

7.5 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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

8結(jié)語

總的來說，實(shí)現(xiàn)無線測溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)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(shí)采取相應(yīng)的措施，做好事故的防治工作，促進(jìn)高壓開關(guān)柜的可持續(xù)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

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安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022年05版

作者簡介：吳柯霓，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殚_關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)