變電站無線測溫技術的實際應用與產品選型

0引言

伴隨城市建設對電力需求的日益變大，變電站中某些設備局部經常要處于長期高負荷運行狀態，它所導致的溫度偏高很容易引發火災或爆炸等惡性事故，造成不利的經濟損失及社會影響，因此有必要對變電站設備進行溫度實時監控。無線測溫技術是在數字化技術背景下發展起來的，在實際的應用過程中主要是運用數字化技術優勢，運用計算機技術對溫度進行在線監測預警，可以實時進行自動檢測，降低現場設備的巡查工作量，對不全狀況進行提前預警，在后臺運用計算機能夠輕松實現遠程監測和無人值守。

1無線測溫技術（WSM）的特點及結構分析

1.1無線測溫與傳統測溫的比較

無線測溫，是指高壓電氣設備的溫度通過傳感技術、無線通訊技術、進行信號轉換進行傳輸，由于它絕緣強度高、抗電磁干擾能力強的特點，很適合在高壓電氣設備觸點進行溫度實時監測，利用無線傳輸的方式測量高壓環境溫度成為一種必然趨勢。下面對無線測溫與三種常規測溫技術進行比較：（1）普通測溫：常規的測溫方式是指利用熱電阻、半導體或熱電偶溫度傳感器等測溫，用金屬導體傳輸信號，絕緣強度不能滿足。無線測溫系統絕緣強度高，與高壓電氣設備隔離，在高壓電氣設備的任意觸點上都可以安裝，準確測量高壓電氣設備觸點的實時溫度。（2）紅外測溫：由于紅外測溫是通過紅外成像儀透過高壓電氣設備連接處成像，由于變電所高壓電氣設備多，電磁場強度大，成像儀很難準確成像，這樣很大程度干擾了測溫的準確度，導致紅外方式無法測量。另外高壓設備環境限制，無法安裝紅外測溫探頭（因為探頭需與被測物體保持的安全距離，并需要正對被測物體的表面）。無線測溫系統可以直接安裝到高壓電氣設備連接處的表面或封閉的柜體內，通過溫度采集器進行采集，對后臺機進行無線信號方式傳輸[1]。（3）光纖測溫：光纖測溫也是將溫度傳感器直接安裝在電氣設備連接處或者封閉的柜內，溫度傳感器用光纖連接到光纖測溫儀，再利用光纖溫度測溫儀通過光纖傳遞進行信號傳輸。光纖韌性、強度不高，受環境溫度影響大。日積月累絕緣強度降低比較快，在高壓柜內安裝、布線受限制，投入成本變大。無線測溫系統采用電磁波傳輸信號，監測器直接安裝在高低壓設上，溫度測量準確，可以解決電氣絕緣問題，沒有復雜的引線，造價低廉。

1.2WSN的網絡結構

（1）節點結構分析。WSN還是以網絡為主，它的大量傳感器節點被密集布置于所監測的對象環境中，它的每一個節點既是路由器節點也是終端傳感節點，而且也能自動組成網絡，啟動多跳路由機制展開通信功能。所以這種節點結構在硬件能耗方面相當低，且具有無線傳輸模式，而且它也支持多跳路由協議[2]。從WSN傳感節點來講，它主要包括了傳感器、處理器、無線收發器以及能量供應4部分模塊。其中，傳感器模塊主要負責變電站監測區的數據采集及轉換；處理器模塊主要負責實現包括節點設備控制、路由協議、同步定位、任務及功耗管理在內的一切設備維護任務；無線通信模塊主要負責收發數據等工作。無線通信涉及高技術含量工作內容，能耗高，這就需要能量供應模塊，盡可能采用太陽能電池板增加續航能力。（2）通信結構分析。WSN的通信結構也是一傳感器節點展開，不過這些節點被隨機布置于被檢測區域內，通信功能所要實現的就是在區域內收集數據，實現各個節點之間的相互網絡連接。傳感器同時也擁有強大的自組織功能，可以以多跳中繼方式來實現對匯聚節點的信息采集及傳送。WSN會將節點匯聚將所收集數據全部傳送到計算機上以供技術觀察人員判斷并作出下一步設備運行決策[3]。

2變電站無線測溫技術的應用

WSN在變電站中的無線測溫技術應用主要有如下步驟。首先要在站內部署構建測溫裝置網絡體系，實現體系基于數據采集及網絡節點覆蓋的基本功能，以便于清晰測溫對象信息。然后將信息傳送到中控室從而進行處理分析和管理[4]。一般來說，WSN所采用的都是ISM頻段，它不需要申請頻點，而是通過系統中的256個或更多溫度傳感器、單體數據接收器和一臺計算機來實現溫度節點控制，將溫度傳感器與數據接收器通過無線鏈路相連接，促成無線監測體系。WSN在變電站的無線測溫工作主要以上層協議為核心支持，它確保通信網絡中每個時段都只有一個站點處于數據發送傳輸狀態，這樣就能避免相互之間的數據信號干擾。這種站點輪換工作制度主要以逐點掃描來進行數據采集、單元發送以及接收，基本實現了對溫度數據的監測處理，能夠實時把握變電站設備溫度變化，做到有備無患[5]。

無線測溫技術在變電站中進行應用，會用到無線溫度傳感器、測溫通信終端和溫度監測工作站等設備，充分利用了數字化技術來構建無線測溫監測平臺，將溫度數據通過無線方式傳遞給測溫通訊終端。其中無線溫度傳感器主要是指在各測溫點放置發送裝置和無線溫度測量裝置，在變電站中應用無線測溫技術，比如選擇阿米特AT-II-C5型無線溫度傳感器，給每個無線傳感器設置ID編號，將編號存入到計算機數據庫中，測量溫度需要控制在-40℃-125℃。數字化測溫通信終端在實際的使用過程中主要負責接收無線溫度傳感器發出的溫度數據，需要將軟件管理上的數據上傳到管理計算機中。為了提高終端的響應速度，需要運用一個終端來管理100個探頭。溫度檢測工作站，主要是指一臺PC計算機，計算機需要經RS485通信接口轉換器來與測溫通訊終端建立連接。需要對各監測點運行溫度數據進行監測，對監測點的溫度變化曲線進行分析，一旦發現溫度過熱和迅速升高，需要立即報警。

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。

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對應時間的溫度數據。

.       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。

4結束語

總之，無線測溫技術具有多適應性，且它的功耗更低、網絡容量更大，數據傳輸安全且兼容性，非常適合于目前許多中小型變電站使用。而無線傳感器網絡的興起也證明無線通信技術在未來必將成為工業領域的核心技術。將數字化技術作為輔助手段，運用計算機對系統在實際運行過程中溫度的變化情況進行監控，了解影響溫度變化的原因，對促進各項生產工作的有效開展具有重要作用，充分的展現出了無線測溫技術的可靠性和經濟性，驗證了無線測溫技術良好的應用前景，需要加大對該技術的推廣。

參考文獻：

[1]焦付紅.變電站無線測溫技術的應用探討

[2]喬礦生.無線測溫技術在變電站中的應用[J].河北煤炭，2013（01）：56-58.

[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