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更新時間：2025-04-07 
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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘要：隨著時代的發展，越來越多的設備逐漸走向智能化，變電站也是如此。在智能化變電站中，分析其基本結構以及基本運行方式，進而能實現10kV高壓開關柜在線測溫技術的投入使用。本文在這前提下，主要介紹10kV高壓開關柜在線測溫技術的重要內容，同時分析該技術的實際應用過程，期望以供參考。
關鍵詞：智能化變電站；測量溫度；高壓
0引言
智能化變電站主要是電力系統直接向10kV配電網合理分配電氣的設備，在時間較長的條件下，部分高壓開關柜很可能通過4000A的電流。在較高的工作電流和高壓開關柜內部各插頭發生位置偏移、動靜觸頭較為松動、不合理的用料等因素的影響下，造成相應的電阻明顯增加，進而導致10kV高壓開關柜的內部嚴重發熱。我國對10kV高壓開關柜具有嚴格規定（提供的產品應該符合國家鑒定文件或同有效證明文件）：如果超過允許的溫度值，則會嚴重影響10kV高壓開關柜的運行效率，從而造成事故。因此，采取有效的在線測溫技術，準確、實時監測10kV高壓開關柜的內部溫度是至關重要的。
1 10kV高壓開關柜在線測溫技術的基本內容與特點
一般情況下，10kV高壓開關柜的柜體是全封閉式，其柜內所含有的空間范圍很小，柜中包含較多的設備，造成電氣設備之間的安全距離很短，這在一定程度上導致測溫工作難度明顯增加。傳統測溫技術（溫度傳感器傳送被監測點溫度時，將自身編號ID也進行傳輸，當傳輸到計算器時，則會自動顯示各監測點溫度）大多存在或多或少的問題，如果使用傳統測溫技術對10kV高壓開關進行測溫操作，一般不能達到良好的效果。因此，研究新型在線測溫系統是很有必要的。
1.1原理
10kV高壓開關柜在線測溫技術的工作原理為：采集器通過利用天線對SAW（表面聲波）傳感器傳輸無線電磁波信號，該傳感器收到電池波信號后，叉指換能器（廣泛應用的有效瑞利表面波換能器）就會引發聲表面波，使得聲表面波能順著電壓基材表面傳遞到反射區，再傳遞回叉指換能器，讓叉指換能器利用天線，對采集器發射反向電磁波，采集器進行接收即可[1]。
1.2構成系統
1.2.1站控層
站控層主要是由SCADA（監控與數據采集技術）系統和站內監控磁通共同構成，主要功能表現在：實現站內能進行實時監測，同時遠程高壓開關柜能被應用，使其得到好的使用效果。
1.2.2間隔層
間隔層是測溫系統重要的集中服務器。一般情況下，各站內往往都會設置一臺集中服務器，充分利用RS485總線的重要方法，將各高壓開關柜的溫度采集器緊密的聯系在一起，同時整理并對站內開關柜所有溫度信息進行分類，并在間隔層需要提供以103/104為標準的通信規章制度，使得各站控層間能有效完成溝通交流。其次，集中服務器應該及時提供24V的輸出電源（利用散熱片，用DC-DC轉換器），便于采集器能長期正常工作。
1.2.3過程層
過程層主要是由傳感器和天線構成。傳感器需要在高壓待測溫點下能進行安裝，比如接頭開關、進線母線接點和電纜出線接點等方面。
1.3 10kV高壓開關柜在線測溫技術的特征分析
1.3.1 10kV高壓開關柜在線測溫技術的優缺點
隨著我國科學技術的不斷發展，10kV高壓輸電系統中，較為常見的主要有XGN開關柜和KYN開關柜兩種類型，其組成部分主要包括隔離開關、電纜接點以及斷路裝置等內容。但是如果長期放置開關柜，在開關柜內易產生一些雜物，如灰塵，其自身較為微小、不可避免，這些較小的灰塵和雜物會直接影響開關柜內部結構，導致其設備不能正常工作。因此，清潔這些電氣設備內部也逐漸成為重要的問題。除此之外，柜內清潔不僅是是重要問題，合理控制開關柜內部濕度也是重要問題。濕度如果過大，柜內潮氣也會較為嚴重，這樣也會導致高壓開關柜不能正常進行工作。一般來說，在XGN開關柜中，在導電的位置需要做相應的絕緣熱縮處理。簡單說，在XGN開關柜中，需要采用絕緣層覆蓋住整個需要進行測溫的重要部分，在這種前提條件下，相關的檢測人員不能在開關柜外對設備內部展開測溫工作，這樣無法及時了解開關柜實際內部情況。因此，在惡劣環境的影響下，要想充分發揮在線測溫技術的實際應用，要有效提升其抗干擾能力，同時提升其負荷能力，保障測溫數據的真實與完整。
1.3.2開關柜內部原有電氣元件注意要點
10kV高壓開關柜的內部較為復雜，進而需要大量的電氣元件量，并且不同電氣元件具有自身工作原理和注意事項。但是運行這些電氣設備需要從實際情況出發，不同電氣設備的運行狀態和運行程序存在較為顯著的差異，相關工作人員應該選擇較為實用的方法合理使用高壓開關柜。因此，基于這種情況，要想確保相應的測溫工作能順利正常的運行，在實際安裝工作中，一些相應的注意事項需要特別注意。比如工作人員在安裝開關柜時，安裝開關柜電氣設備自身元件要特別注意，防止在安裝過程時損壞部分元件，只有這樣做，才能確保其能正常運行，同時還能充分發揮自身性能，只有在安裝過程中注意點滴小事，才能讓高壓開關柜發揮自身性能[2]。
2 10kV高壓開關柜在線測溫技術的現狀分析
2.1紅外測溫法
紅外測溫法原理：詳細測量檢測系統，其是在非直接接觸測量方法中較為典型方法。目前紅外測溫儀使用較為方便，大多數同時還具備擴展功能，如自主進行拍照和自動尋找溫度點等功能，在現代化電力行業中得到較為廣泛的應用。但對10kV開關柜來說，受到開關柜內部元件及絕緣體的影響，很可能阻擋紅外線，導致測溫工作難度加大，不能保證測量結果，在進行校正時會出現諸多麻煩，進而導致其通用性較低，僅僅適用于早期10kV開關柜測溫工作，并不能應用于目前較為常用的全封閉式金屬開關柜中。
2.2光纖測溫法
光纖測溫法原理：光源發出光經過放大后，則由光纖到達傳感器熱敏材料部分，每個傳感器反射會窄譜脈沖光信號。該測溫技術是近幾年研究開發的測溫技術，其在開關柜內存在的電氣元件進行測溫的過程中，具有與檢測設備緊密接觸的優勢。隨著光纖的被廣泛的使用，在很大程度上便于測溫工作順利進行，同時能抵抗附近周圍的電磁環境，并且能避免損壞開關柜內部機械元件的特性，具有輻射強、電壓高、侵蝕性大等特點。在電磁影響等惡劣環境下，其能夠實現連續不間斷順利進行測溫工作，這是其他測溫技術不能實現方法，進而非常適合10kV高壓開關柜中的測溫工作。
2.3無線測溫法
無線測溫法的原理：利用其固有的絕緣性以及抗電磁場干擾性能，安裝到每個高壓開關柜上，直接顯示讀取的數據。無線測溫法是新型的一種測溫方法。對于這種測溫方法來說，在每個測溫點上已被直接作用分散式測溫設備。但在設立過程中，接收溫度信息設備需要在設立位置與開關柜之間保留一定距離，可以利用無線技術進行溝通交流，從而完成高壓分離工作與絕緣工作。但是，無限測溫技術也存在或多或少的問題，其中較為顯著的就是測溫設備穩定性的問題。這種裝置大多使用電流感應式電源，該電源的能量大小會因為電力荷載發生變化而進行變化，如果電力荷載變化情況過大，則會大幅度改變能量幅度，進而可能會引起測溫裝工作時出現斷電的情況[3]。
3安科瑞無線測溫系統
3.1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
3.2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。
3.3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 |
4結束語
綜上所述，目前我國科學技術水平逐漸呈現上升趨勢，科技也在迅速發展，相關的科學研究也逐漸智能化。10kV高壓開關柜在智能化變電站中被廣泛應用，改革創新科技發展的同時，還要保持其安全性。利用10kV高壓開關柜不僅有利于技術進步，同時能便于人們日常生活。因此，要加大物力、人力于高壓開關柜的研究中，讓其向著更好更快的方向發展。
參考文獻：
[1]蔡潤強.淺談智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術
[2]成洋.智能化變電站高壓開關柜在線監測技術研究[J].自動化與儀器儀表，2016（9）：108-109.
[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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