摘要：本文結合電網系統(tǒng)中封閉式 10kv 高壓開關柜的工程應用需求，提出新型無源無線溫度傳感方法和開關柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術，末尾結合變電站的掛網測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應用效果。該系統(tǒng)的應用可有效提高電網運行部門的設備巡檢自動化水平，加強電網設備的安全管控，同時具有廣泛的工程應用前景。
關鍵詞:無線測溫；在線監(jiān)測；開關柜；傳感器技術
一、引言
如今，對變電站設備關鍵部位的溫度監(jiān)測無法實現全自動化監(jiān)控，部分溫度監(jiān)測裝置十分落后，部分溫度監(jiān)測裝置是定制完成的，用途相對狹窄。另外，當前并沒有對測溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范，通用性不強，要實現電器元件的替換難度較高。因此，為了實現溫度在線監(jiān)測，就需要結合公司現有的電站設備，對變電站關鍵部位溫度監(jiān)測需求進行分析，研制出滿足變電站全自動化溫度監(jiān)測的系統(tǒng)。
二、封閉高壓開關柜在線測溫技術分析
變電站設備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設備對變電站關鍵部件的溫度進行實時監(jiān)測，以了解設備的溫度變化情況，并做好實時預警工作，以減少高壓開關柜運行事故的發(fā)生。因此，實時在線測溫具有以下兩種功能：一是實時監(jiān)測溫度，了解設備運行狀態(tài)，并做好應急處理，減少事故發(fā)生；二是實現無人化的 24 小時實時監(jiān)控，減少人力消耗，降低運行成本。高壓開關柜在測溫技術上具有一定的先進性，運行安全可靠。裝置需要在開關柜內長期穩(wěn)定運行，對于系統(tǒng)和裝置都需要達到兼容性和經濟性的要求，方便系統(tǒng)后期的拓展。以上幾方面的要求需要對測溫環(huán)境進行分析，對測溫方法及時進行對比分析，找到適合現場環(huán)境的測溫方法。
表 1 各種不同測溫方式比較表
比較項目
各種不同測溫方式比較
測溫貼片
紅外測溫
光纖光柵測溫
有源無線測溫
無源無線測溫
采集方式
貼片化
紅外非接觸
機械傳感器
電子傳感器
非接觸聲學傳感器
高壓側取電難易
--
--
--
困難
--
觀測局限性
只可直視
只可直視
受空間限制
無局限
無局限
溫度讀取
目測
紅外
光纖
無線
無線
在線監(jiān)測
否
否
是
是
是
智能報警
無
無
有
有
有,兩級報警
安裝難度
易
--
難
易
易
維護難易
難
--
較難
中等
簡易
安全程度
高
高
低
中等,存在供電隱患
高
測溫精度
低
中
高
高
高
可靠性
低
中
中
中
高
表1可以看出，采用無源無線測溫技術，使 10kv 配網設備接點溫度能夠得到實時在線的監(jiān)測。采用無線傳感器能夠實現高低壓電子元器件的物理絕緣，有效避免電子元器件之間的光波產生。另外，無線傳感器的安裝十分便捷，無需通信電線，后期維護簡單。無源無線測溫方式彌補了其他傳感方式的缺陷，是電力系統(tǒng)溫度傳感技術上一個新的突破，具有很強的技術創(chuàng)新性。
所以，本系統(tǒng)擬定采用無源無線的聲表面波溫度傳感器，減少線路改裝，提升安裝和維護效率。
三、10kv 開關柜無源無線測溫系統(tǒng)框架分析
本系統(tǒng)擬定采用多變電站解決應用，高壓設備無源無線溫度實時監(jiān)測和預警系統(tǒng)主要由采集設備和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用樹狀網絡架構。各級變電站的高壓室為第一層，在高壓室中的每個封閉式開關柜內安裝無源無線溫度傳感采集設備，主要包含 6 個無源無線溫度傳感器（感溫裝置）和 1個無線測溫終端機（終端設備）。其中 6 個傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點位置，如出線接頭、梅花觸頭、進線接頭等，終端機安裝在開關柜內的低壓室內。變電站為第二層，在每個變電站設置 1 個無線測溫前置機，收集來自各采集終端機設備的數據，并將數據打包通過 ip 網絡發(fā)送至巡檢中心。巡檢中心為第三層，每個巡檢中心需配置 1 臺監(jiān)控服務器，用來顯示并處理各變電站內高壓設備的溫度數據。如有需要，各巡檢中心還可將溫度信號發(fā)送至電力公司的主站服務器。系統(tǒng)的主站服務為第四層，可以為后臺服務人員提供準確的溫度信息，方便及時作出安排處理。
鎧裝開關柜電氣設備無源無線測溫系統(tǒng)主要實現溫度的實時監(jiān)測，能夠實現預警和報警雙重設置，防范于未然，操作簡單合理，數據顯示豐富全面，其以下功能主要通過第三
和第四層來實現：
（1）可以全天候監(jiān)測高壓開關柜的溫度變化，及時作出缺陷判斷。
（2）可以保存電氣設備的歷史溫度值，方便后期對比和判斷。
（3）可以進行溫度數據的統(tǒng)計分析并繪制圖表，方便查看。
（4）可以對溫度值進行高溫預警，防范監(jiān)測。
四、無源無線溫度監(jiān)測的應用
1 、總體工程應用思路
本文設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關鍵設備上的溫度，并通過無線網絡傳遞給系統(tǒng)的核心部件。將這些核心部件的溫度收集完成后，系統(tǒng)設定算法對溫度數據進行統(tǒng)計分析，并按照各個零部件預設的溫度設置實時報警等功能。系統(tǒng)將分析得出的相關結論傳遞給設備運維部門，設備運維部門將根據系統(tǒng)傳遞的結果進行綜合分析，并且制定設備運維管理措施，減少設備故障次數和時間，提高配電運行效率。。
2 、前期工程安裝
變電站總共有 8 個開關柜，本次設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩部分，一部分為傳感器，每個開關柜設有 12 個溫控監(jiān)測點，合計 96 個溫度傳感器。另一部分為數據組網，溫度監(jiān)測裝置 16 臺、監(jiān)測主機 2 臺。將前期施工流程劃分為 7 個步驟，如表 2 所示，從施工前的碰頭會開始，到前期準備工作、安裝、調試、測試、到竣工驗收，都有較為明確的施工標準，以確保無源無線溫度檢測系統(tǒng)安裝完成。
表 2 施工流程
步驟
內容
備注
第一步
組織施工人員，分配施工人員的工作，技術交底，明確具體的工作職責
第二步
查看現場，了解柜體情況，明確打孔位置及距離，柜門及走線
第三步
確定溫度傳感器的安裝位置。每相 4 個，斷路器兩側各 1 個，線路側刀閘及出線電纜頭各 1 個
0kv 相間氣距離125mm
第四步
安裝傳感器。首先，用航空膠將傳感器殼體固定在母排上。然后，2 小時后用扎帶或者絕緣帶固定，防止脫落
第五步
安裝完畢，測試傳感器的溫度是否與實 時溫度一致
第六步
布主纜，將監(jiān)測主機電源線纜，信號線纜串聯(lián)并到主纜
第七步
測試分析儀軟件配置參數，編寫組態(tài)軟件，系統(tǒng)整體調試，試運行，組織驗收
五、效益分析
（1）無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用，可以對開關柜的溫度進行 7*24h 不間斷的實時監(jiān)測，及時發(fā)送準確的監(jiān)測數據，防止因為電氣設備溫度過高而造成電網故障。另外，該系統(tǒng)提供實時報警功能，可以實現防范于未然，避免不可預估的損失產生。
（2）無源無線測溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動檢修”改變成為“主動檢修”。可以為狀態(tài)檢修提供事前的數據準備，不斷提高電網的安全運行水平和供電可靠性。當前供電公司已經對部分變電站的開關柜進行溫度在線監(jiān)測，實現對“狀態(tài)檢修”提供科學的數據支撐和依據。通過該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率，減少運維人員工作量，提升供電運行效率。
（3）本系統(tǒng)投入運行后，就可以不用安排檢修人員進行定期現場維護，并且能夠實時了解設備運行溫度，發(fā)現溫度變化即刻預警，可以減少設備運行故障發(fā)生次數和時間，提高供電質量，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益，也能夠保證用電企業(yè)的正常運轉。假設本系統(tǒng)投入使用后，每年減少 1 次停電檢修，檢修時間為 8h，出線間隔平均 300a 負荷電流（約 5mw），則本項目 8 個間隔，每年可以多供電8*5mw*8h=320mwh，以每 kwh 電量價值 0.6 元計算，則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約 19.2 萬元，剛才計算的僅僅是本系統(tǒng)帶來的經濟效益。在實際生活生產過程中，本系統(tǒng)還能夠減少停電次數，提高供電質量，為供電企業(yè)贏得較好的口碑和效益。
六、安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案
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(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rs 485總線或以太網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、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，實現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
2、應用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、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。
3、系統(tǒng)結構
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
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)內所有開關設備運行溫度狀態(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某時間的溫度數據。
實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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。
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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。
5、系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)主機組成，實現變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
七、結語
本文結合公司目前的電氣設備狀況，并且從開關柜測溫的傳感器技術、供能技術、通信技術等幾個角度進行分析，確定采用無源無線在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文主要從研究開關柜的內部結構進行分析，對測溫方式進行對比分析，制定符合高壓開關柜的測溫方式并進行現場安裝測試，實施效果良好。本文就目前的推廣度進行了分析，認為通過系統(tǒng)的安全運行可以帶來一定的經濟效益和社會效益。
參考文獻：
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［3］ 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022年05版
作者簡介：陳芳芳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為開關柜無線測溫系統(tǒng)