開關柜無線測溫系統的應用研究

0引言

在變電站內，高壓設備在長期運行過程中，其觸點和連接處等位置會因長期過載、接頭松動、觸頭老化等因素導致接觸電阻增大而產生過熱現象，進而導致觸點異常升溫而損壞，甚至發生熔融、燃燒、爆炸等各種安全事故。因此需對高壓設備的溫度進行監測，做到事故的提前預防。目前，常規的無線測溫系統僅監測高壓設備的實時溫度，超過溫度上限進行告警，無法提前預知高壓設備因過溫而引起的安全隱患，文章的智能無線測溫系統采用傳感器實測溫度結合實時電流的方式，通過智能算法，可提前感知開關柜因老化或環境因素造成接觸電阻增大而引發的過溫安全隱患。

1智能無線測溫硬件配置

（1）無線溫度傳感器。采集高壓設備溫度并通過無線方式將其發送至無線接收器。每個溫度傳感器采集1路溫度量，可安裝在斷路器觸頭、母排、高壓電纜接頭等位置。無線溫度傳感器無源無電池，通過感應一次設備電流獲取自身工作所需的能量，工作頻率為433MHz，

傳輸距離為200m，測溫范圍–25~+125℃。

（2）無線環境溫濕度傳感器。采集高壓設備環境溫濕度并通過無線方式將數據發送至無線接收器。每個溫濕度傳感器采集1路環境溫度和濕度值，可安裝在開關柜或配電室內。無線環境溫濕度傳感器內置可更換的3.6V 鋰電池，工作頻率為433MHz，傳輸距離為150m。

（3）無線接收器。將溫度傳感器和環境溫濕度傳感器發出的無線溫度及溫濕度信號轉發至保護裝置。無線接收器內置磁鐵，吸附于開關柜低壓室內壁上，通過通訊電纜連接至保護裝置的通信口。

2智能無線測溫通訊方案

無線接收器通過無線信號接收溫度傳感器和溫濕度傳感器發出的溫度及溫濕度信號，然后通過 ModbusRTU 通訊協議及 RS–485接口與保護裝置通訊。由于無線接收器吸附于開關柜低壓室內壁上，通過1根短通訊電纜即可連接至保護裝置通訊口進行通訊，無需進行單獨組網通訊。保護裝置收到傳感器溫度信號后，將在LCD 面板顯示溫度值，同時結合一次負荷電流進行智能判斷，然后通過通訊協議將溫度值及報警信號送至電力監控系統，即可實現溫度數據和報警信號的遠程監視。與電力監控系統共用1套監視系統，利用了原有設備無后期費用追加優勢，達到了降低系統設備運維成本的目的，且利于運行人員監視和維護。

同時依靠電力監控系統網關通過云服務可將數據接入云平臺，實現測溫信號的移動運維，不僅可通過智能手機監測到設備的溫度，并且能在超溫時自動發出報警信號，及時推送到具體負責人員的智能手機終端，實現高效的問題處理，地降低了高壓設備事故風險，保證供電可靠性（圖1）。

圖1 通訊架構

3開關柜智能無線測溫系統

3.1 具體應用方案

智能無線測溫功能集成于綜合保護裝置中，支持分布式測溫方案和母線集中式測溫方案。

溫度傳感器的安裝位置位于開關柜 ABC 三相每相的4個位置：母排、斷路器上觸臂、斷路器下觸臂、進出線。

3.1.1 分布式測溫方案

每個間隔開關柜的保護裝置配1個無線接收器，可與本間隔的多12個溫度傳感器和2個環境溫濕度傳感器配套工作。

特點 ：①每個間隔均可實現基于實時電流的智能過溫報警功能 ；②具有結合電流的傳感器離線報警功能 ；③基于間隔配置，方便運維 ；④可工作于電磁干擾嚴重場合。

3.1.2 母線集中式測溫方案

進線開關柜配置1個無線接收器，根據用戶實際情況選擇重要大負荷開關柜安裝無線溫度傳感器。能與安裝在本母線的5個開關柜的多60個溫度傳感器和10個環境溫濕度傳感器配套工作。本方案的無線接收器需使用外置高增益天線（圖2）。

圖2 母線集中式測溫方案應用場景

特點 ：①適用于小型站 ；②進線可以實現基于實時電流的智能過溫報警功能 ；③其它間隔根據純溫度判斷異常過溫狀態 ；④經濟簡單，只需要1個無線接收器。

3.2 智能告警判據

智能無線測溫基于保護裝置通過實測溫度結合實時電流的方式實現智能溫度告警。

智能無線測溫包含4個智能判據，能同時工作，一旦觸發其中1個判據，將會發出對應的測量點溫度告警消息。

4個智能判據分別是 ：①電流補償同安裝點橫向判據；②電流補償絕對閥值判據；③無電流同相縱向判據；④無電流絕對閥值判據。

這4類判據分別對單個測量點的絕對溫升/溫度，縱向測量點及橫向測量點結合電流后的溫升進行監測，從而對開關柜進行矩陣式的全面監測。

3.2.1 有流判據

（1）電流補償同安裝點橫向判據（圖3）。同一間隔，同一組安裝點多會配置 ABC 三相3個測溫點。例如，出線電纜 A 相測溫點，出線電纜 B 相測溫點，出線電纜 C 相測溫點，它們處于同一橫截面，使用相同的材料和連接方式，因此可橫向比較 ABC 三相3個測點電流產生的溫升，來判斷溫升是否異常。三相電流的不平衡會引起溫升的不平衡，電流補償后，當檢測到某一測溫點溫升異常升高后告警。

圖3 橫向判據

由于同一安裝位置的三相測溫點，連接方式相同， 期望溫升相同，因此該判據靈敏性高。

.       電流補償絕對閥值判據。根據國標要求的溫升閥值，確定測溫點額定電流下的溫升閥值。根據當前工作點的電流值，計算對應該電流的溫升動作閥值。當測溫點測得的溫度超過計算得到的溫升動作閥值后告警。

此判據電流的溫度告警閥值，對應電流做過補償，遠小于國標要求的溫升閥值，因此該判據靈敏性較高。

3.2.2 無流判據

（1）無電流同相縱向判據。同一間隔，同一相多有4個測溫點，例如，母排測溫點、斷路器上觸臂測溫點、 斷路器下觸臂測溫點、進出線測溫點。同一相縱向上的各個測溫點，流過的電流相同，溫升只與節點阻抗和散熱條件有關，因此可比較同一相縱向上多個測溫點的溫 升，當某一測溫點的溫升與縱向其他測溫點的溫升相比異常升高時告警（圖4）。

圖4 縱向判據

（2）無電流絕對閥值判據。根據國標要求的溫升閥值，設定一個大允許溫升閥值，當實測點的溫升大于大允許溫升，判斷該測點溫度異常，告警。根據國標要求的溫度閥值，設定一個大允許溫度閥值，當實測溫度大于大允許溫度時，判斷該測點溫度異常告警。

由于國標要求的大允許溫升閥值和大允許溫度閥值較高，此判據不是很靈敏，因此大允許溫升閥值和大允許溫度閥值可以在定值中修改（表1）。

4安科瑞溫度在線監測系統解決方案

4.1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熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

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較大地提高。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。

4.2應用場所

適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據、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。

4.3系統結構

溫度在線監測系統結構圖

4.4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：

1）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。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

4）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。

5）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。

4.5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。

5安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案

安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案，這是一款非接觸式紅外測溫裝置，能夠解決母線槽溫升過高的問題，實時把連接器中每相溫度數據上傳后臺，提示管理人員應對報警點予以重視或采取必要的預防措施。

此母線槽紅外測溫解決方案由人機HMI觸摸屏，紅外測溫模塊，紅外采集器，電源模塊組成。該系統通過RS485線與本地觸摸屏和后臺監控進行通信（如下圖），系統設計遵循際標準Modbus-RTU傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。RS-485作為一種串行通信的接口具有傳輸距離長、速度較高、電平兼容性好、使用靈活方便、成本低廉和可靠度高等特點，與無線通信方式相比，具有價格低、抗共模干擾能力強等優點。

AMB300紅外測溫組網示意圖

AMB300紅外測溫系統拓撲圖

AMB300紅外測溫原理示意圖

AMB300-D4 AMB300-D1 AMB300-Z

AMB300紅外測溫管理軟件界面

安科瑞系統平臺界面

6 結束語

智能無線測溫系統進行嚴格的系統測試后，已應用到了多個現場，通過對多個現場測試結果的對比分析，數據傳輸準確可靠，在電力系統監控后臺可實時掌握開關柜各位置的溫度變化趨勢，溫度異常時可智能提前預警，提醒運行人員針對性地制定預防措施，為運行單位減少了運維工作量，提高了運維單位的工作效率和供電可靠性。

參考文獻：

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