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更新時間：2024-08-15 
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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要：近年來，隨著電力市場需求的日益增長，高壓開關柜作為電力系統的一個重要組成部分，其本身的安全性、經濟性也受到了人們的重視。本文著重介紹了35 kV高壓開關柜無線測溫技術的應用情況﹐介紹了技術特點和工作原理﹐對其在35 kV高壓開關柜中的應用進行歸納，以及變電站的無源無線測溫系統的運用。
關鍵詞：高壓開關柜；無線測溫；技術；應用
0引言
隨著電力市場對電力系統的穩定需求不斷增加，對電力供應的質量和可靠性提出了更高的要求。在開關柜中廣泛采用新技術和新工藝，使得其可靠性得到了很大的提高。六氟化硫氣體具有良好的絕緣和消弧特性，在高壓開關設備中得到了廣泛的應用。全封閉高壓開關柜在長時間的高負載下，其散熱性能不佳，容易導致熱聚集，溫度上升會對電器的絕緣性能產生不利影響；全封閉高壓開關柜不能觀測到動觸點與柜內靜接觸位置連接、接地刀閘分合等情況，不能對柜體內部進行溫度測量，存在較大的安全風險。通過對高壓開關柜母排、電纜接頭的直接監控，可以有效地降低由于過熱引起的火災和大面積停電。
1高壓開關柜無線測溫技術應用意義
電氣設備的導電連接部位松動，刀閘、斷路器接觸松動等，都會使設備的溫度聚集，使有關部件的性能惡化，從而引發導線的熔融、絕緣擊穿，嚴重危害電網的安全。隨著鋼鐵行業的不斷發展，電力系統中的無人值守變電站將會得到廣泛的應用，對變電站內的各種信息進行更嚴格的控制，但目前變電站對主要設備的溫度監測還處在初級階段，監控范圍小，尤其是在密閉設備的溫度監測中，更是處于“盲區"，技術水平也比較落后。目前變電所的高壓設備基本上都是封閉的，傳統的測溫方法是不可能的，有些裝置還采取了開孔和紅外線測溫器的方法，但其缺點是不能實時地收集和發送數據，對電力系統的絕緣性能有很高的要求；不能直接附著在高壓帶電裝置上，精度低需要檢查，還需要人在現場才能顯現效果，并且只適合于裸露的設備；但是，該模型的安全性更高。傳統的測溫方法不能滿足無人值守站對主要設備的關鍵位置進行實時監測的要求。研制一套適用范圍廣、安全可靠的測溫系統，對重要設備（尤其是密閉裝置）的關鍵部位的溫度進行實時監控，及時發現故障隱患，采取措施，防止事故進一步擴大，對保障電網安全運行意義重大。
2 35kV高壓開關柜常用幾種無線測溫傳感器的原理及技術特點
2.1無線測溫的原理
無線測溫的基本原理是：溫度傳感器、紅外溫度傳感器、半導體傳感器、表面溫度傳感器、被動無線傳感器。熱敏傳感器的工作原理是，電阻會隨著溫度的變化而變化，熱敏電阻具有高度敏感性，可以很容易地檢測溫度變化；缺點是，阻值非線性，溫度范圍要求嚴格，元件易老化，使用壽命相對較短，隨著使用年限的縮短，精度及穩定性也會下降。紅外溫度計的特點是無接觸式，不干擾被測物的狀態；其不足之處在于易受溫度、濕度、輻射等因素的影響。半導體傳感器的精度較高，但與熱敏電阻器相比，它的反應時間要比熱敏電阻器慢。半導體傳感器的優勢在于安全性高，識別精度高，可靠性更高。它的特點是采用被動式測溫，采用無線傳輸的方法實現對開關柜溫度的測量。其優點是體積較小，能耗低，但其缺點是訊號傳送距離較短，而且傳送時不能有障礙物，若受測點出現位移或振動，則會造成 相位的改變，從而影響溫度測量的精度。被動式無線感應器采用能源采集方式來獲取感應器所需的能源，W全摒棄了電池與常規 CT的取電方式。利用等電位法實現了高壓電網的安全性和可靠性， EH技術具有循環、低能耗等特點，是未來無線溫度測量的發展方向。
2.2該測溫的技術特點
以下是關于無源無線溫度測量系統的技術特性，即當母排經過交流電時，會在母排附近形成一個交變磁場，通常這些磁場會被釋放到空氣中，不能被利用。現在，主排上安裝一條特殊的金屬條，可以讓磁場中的能量在金屬條流動，而在金屬條上則有一個線圈，當電流聚集到一起時， MCU就會釋放出足夠的電流，然后再用無線網絡將熱量傳遞給 MCU。該傳感器采用了原來沒用的交流磁場，為 MCU提供能量，使其在不使用電池的情況下，可以長時間的工作，使用壽命超過10年，而且基本不需要維修。與一般的硅鋼片不同，硅鋼片有一條直線，一次電流和二次電流呈線性關系，當一次電流很大時，二次電流會被大量的二次電流所吸收，導致二次電流無法釋放，造成危險。被動式無線傳感器采用一種特別的合金，其線性范圍很小，磁場迅速達到飽和狀態，初級電流持續上升，電流幾乎沒有增長，因此不需要加熱設備，也不會產生渦流和溫度上升。
被動式無線溫度計，其體積較小，安裝完畢后，其高度與動接觸鐵環之高﹐基本不會對絕緣距離產生任何影響，也不會影響電力裝置的安全性。被動式無線感應器的訊號要從開關柜里傳出，相隔二十多米遠，所以沒有在開關柜里裝任何接收裝置，也沒有電纜﹐也沒有天線﹐只有一個感應器，不會對電器安全產生任何影響。目前，我國的無線傳感設備大多采用高精度的進口數碼傳感元件，且都是采用接觸式溫度測量。該傳感器可以實現對發熱點附近的溫度變化的快速測量，使其精度得到很高的提高。所有的資料傳送程序都要經過檢查﹐檢查出的資料都會被刪除﹐所以不會由于傳送而產生有誤差的溫度。小型，可裝于動觸頭、靜觸頭、變壓器進出線、刀閘等部位，一種多個傳感器的安裝形式，為施工提供了便利。
所有的傳感器的出廠號碼都是固定的，只需要在接收設備上進行匹配就可以，不需要進行前期的協調，也不需要專門的維修和替換。傳感系統使用頻分多址技術，各感應器使用相同的波段進行通信，所需的波段不會超過20 ms。被動式無線測溫傳感器與其它環境溫濕度、帶電顯示、抽濕機、位移傳感器等傳感器均使用相同的通訊架構，能共用一個單一的接收裝置，方便日后安裝傳感器收集其它物理量。同時，還集成了 MODBUS、61850等標準接口，可實現與其它廠商的通信。為其它平臺的資料分享，提供各種不同的分享界面。具有RS485通信接口、 TCP/IP通信接口、RS232通信接口。為方便用戶使用﹐有多種顯示接口﹐有分別的開關柜和變電所的顯示接口，并能將全省的資料集中在伺服器上。被動式無線溫度計克服了電池供電不足的缺點，提供更多的電力，所以即使是在較高的溫度下，也可以進行數據傳輸。溫度范圍為-45~125攝氏度，目前廠商仍在不斷改進，未來的溫度將會在-45~135攝氏度之間。
3無源無線測溫技術在35kV高壓開關柜中的應用
為改善變電所的維修工作，及時解決高壓開關柜的發熱問題，選用了無線溫度測量系統。按有關規定，結合實際條件對35 kV高壓開關柜進行現場調試、測試，收集資料、分析，驗證了該系統是可靠、實用的。采用無線測溫技術后，變電所對35 kV高壓開關柜的發熱問題進行有效的控制，保證了供電安全。
4安科瑞無線測溫系統
4.1系統結構
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485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很大地提高。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。
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、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。
溫度在線監測系統結構圖
4.2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：
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。
溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。
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。
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。
4.3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。
名稱 | 外形 | 型號 | 參數說明 |
系統組態軟件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：內存4G，硬盤500G，以太網口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統：Windows764位簡體中文旗艦版。 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規約 |
智能通信管理機 |
| Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
無線測溫集中采集設備 |
| Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm) | |
顯示終端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 |
| ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
智能溫度巡檢儀 |
| ARTM-8 | 開孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫； |
| ARTM-24 | 35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫； | |
無線收發器 |
| ATC450-C | 可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。 |
| ATC600 | ATC600有兩種規格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。ATC600-Z做中繼透傳。 | |
電池型無線測溫傳感器 |
| ATE100M | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。 |
| ATE200 | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。 | |
| ATE200P | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。 | |
CT取電型無線測溫傳感器 |
| ATE400 | CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。 |
有線溫度傳感器 |
| PT100 | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好 |
5結束語
總結了目前35 kV高壓開關柜采用常規無線測溫技術難以滿足要求。而高壓開關柜是電力系統中的關鍵設備，如果出現故障，將會造成很大的影響。35 kV高壓開關柜使用無線測溫技術進行測量，測量設備的安裝方便、快速測量結果，更符合當今技術的快速發展。在未來的溫度測量技術中，應結合實際的應用狀況，對使用中出現的問題進行總結和研究，并在不斷的學習和摸索中完善溫度測量系統。
參考文獻：
[2]黃詩敏.35kV開關柜局部放電帶電檢測技術應用與仿真分析研究[D].北京:北京交通大學，2015.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版
[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10
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