淺談高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的架構(gòu)設計與應用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對高壓帶電設備溫度檢測的現(xiàn)狀，提出采用無線測溫技術(shù)的高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)、組成及數(shù)據(jù)傳輸方式三方面對該系統(tǒng)的設計進行分析，并說明該系統(tǒng)的應用情況及效果。

關(guān)鍵詞：高壓帶電設備；無線測溫；無線中繼站；測溫終端

1 高壓帶電設備溫度檢測現(xiàn)狀

高壓帶電設備的可靠性至關(guān)重要，如果缺陷（如接觸性能不良）或故障而致使其溫度升高，不及時診 斷并排除，會導致其長時間高溫運行，嚴重破壞絕 緣，大大縮短設備的正常運行壽命，并且會逐漸演變惡化形成事故或損壞設備，影響整個電力系統(tǒng)的正常工作。掌握電力設備的發(fā)熱規(guī)律及其溫升狀況， 分析各種設備缺陷及故障狀態(tài)，可有效診斷設備故障，因此，及時、準確的測出電力設備內(nèi)部各個關(guān)鍵點的溫度具有重大意義。

目前高壓帶電設備溫度測量的方法主要有示溫蠟片、紅外測溫、光纖測溫和無線測溫４種。

ａ．示溫蠟片。在高壓設備的易過熱點貼上熔點不同（不同顏色）的示溫蠟片，通過觀察示溫蠟片的熔化情況來大致確定溫度范圍，該方法準確度低、可靠性差，不能進行定量測量，且需要人工操作，效率不高。

ｂ．紅外測溫。紅外測溫是用熱像儀或點溫儀對設備進行監(jiān)視，可以分為人工測量和自動測量，人工測量只能測量當時的情況，不能實現(xiàn)實時監(jiān)測和及時告警。自動測量可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，但紅外 熱像儀自身結(jié)構(gòu)復雜，價格昂貴、阻礙了其在電力系 統(tǒng)的大規(guī)模應用。

ｃ．光纖測溫。光纖溫度在線測溫采用光纖傳遞信號，但其運行不穩(wěn)定，因為傳感器與測溫儀表之間采用光纖連接，檢修時光纜很容易被碰斷；安裝工作量大，需要改造原有設備；隔離高壓的光纖表面可能受到污染，將導致光纖沿面放電。

ｄ．無線測溫。無線測溫即建立無線傳感器網(wǎng)絡，由安裝在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點組成，通 過無線通信方式形成的一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，采集網(wǎng)絡覆 蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。目前， 無線信號的電磁兼容性和測溫節(jié)點的低功耗性能需進一步完善。

2 高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的設計

高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)（簡稱“無線測溫系統(tǒng)”）采用無線射頻模塊與數(shù)字溫度傳感器相結(jié)合的方法，將溫度傳感器安裝到變電站設備的帶電接頭觸點上，在線實時測量該點溫度后，以無線方式將數(shù)據(jù)上傳至電力自動化系統(tǒng)集中顯示，使值班人員在遠端監(jiān)視設備溫度，了解設備運行狀態(tài)。當被測點溫度超過預先設定的閾值時，系統(tǒng)發(fā)出超溫報警信號，提醒及時消除事故隱患。該系統(tǒng)可在常規(guī)變電站、箱式變電站、小型化變電站等處使用。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

組建無線測溫系統(tǒng)需要2個環(huán)節(jié)，一是測溫節(jié)點的設計，另一個是網(wǎng)絡的構(gòu)成。無線測溫系統(tǒng)采用先將采集數(shù)據(jù)匯聚于一點，再通過遠程（GPRS／CDMA）無線網(wǎng)絡或串行通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控端，實現(xiàn)無線 傳輸?shù)募夹g(shù)方案。無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)組成

無線測溫系統(tǒng)包括3個設備部分及1套后臺軟件，分別為無線匯集終端、無線測溫終端、無線中繼站、測溫后臺軟件，實現(xiàn)對電力設備的在線溫度測量和預警。

2.2.1 無線測溫終端

無線測溫終端由高能電池供電，減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數(shù)字方式工作，溫度傳感器附著在發(fā)熱點（高壓母線或高壓開關(guān)）上，并由一段數(shù)據(jù)線和無線數(shù)據(jù)變換器相連接，該終端附著在高壓母線或高壓開關(guān)上并長期工作在高壓環(huán)境中。測溫終端具有高絕緣性和抗電磁場干擾性，實時監(jiān)測并可根據(jù)需要向控制中心傳輸溫度數(shù)據(jù)。相關(guān)技術(shù)指標為：輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥200m（無阻擋）；發(fā)射電流17mA；電源為可自供電、可更換的電池，電池壽命3～5年；測量溫度為－40～125℃；測量精度±0.5℃；防水級別為IP68；符合（GB／T2423.1）《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第1部分：試驗方法 試驗A：低溫》和GB／T2423.2《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗B：高溫》的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)及戶外使用。

2.2.2 無線匯集終端

無線匯集終端在某頻段上實現(xiàn)和多個無線測溫終端采集溫度數(shù)據(jù)的通信，并可以向無線測溫終端發(fā)送指令，在整個測溫系統(tǒng)中處于核心地位，由它來調(diào)節(jié)整個無線通信網(wǎng)絡。通過連接計算機上的設置軟件實現(xiàn)對無線測溫終端的設置，一般安裝在主控室。相關(guān)技術(shù)指標為：可多組（32組）管理無線測溫終端；與計算機接口采用RS485標準串口；利用電源適配器AC220供電；輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥200m（無阻擋）；符合GB／T2423.1和GB／T2423.2的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)使用。

2.2.3 無線中繼站

無線中繼站采用無線防沖突組網(wǎng)技術(shù)，可多通道雙向傳輸數(shù)據(jù)，分組管理無線測溫終端，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，在此基礎上可添加CDMA/GPRS模塊。是否使用無線中繼站由各測溫終端所處的物理位置決定，測溫終端與無線匯集終端處于有效的通信距離內(nèi)，則無須增加無線中繼站。無線匯集終端安裝在控制中心，控制中心計算機軟件實時監(jiān)控每個點溫度的變化，掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進而做出正確的決策。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：可多組（32組）管理無線測溫終端；利用電源適配器 AC220供電或電池供電；通過配套設施可以快捷、輕松建立不受地形隔間限制的網(wǎng)絡；輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥300m（可視距離）；發(fā)射電流17mA。

2.2.4 測溫后臺軟件

測溫后臺軟件具備高溫報警功能，當被測設備溫度達到設定溫度后，后臺軟件立即彈出被監(jiān)測廠站一次接線圖及文字報警條，并進行聲音告警。系 統(tǒng)自動檢測每個測溫點的變化過程，當出現(xiàn)某個測 點溫度持續(xù)升高時，系統(tǒng)自動進行聲音及文字提示。所有測點的溫度曲線都可以日曲線、月曲線、年曲線 的方式顯示，并且可以采用平均溫度、溫度、低 溫度等統(tǒng)計方式顯示，見圖2，溫度變化趨勢一目了 然；各種溫度數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)）都可以生成報表。

圖2 測溫軟件溫度曲線顯示界面示意

2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式

無線測溫終端把溫度信號通過無線的方式直接或經(jīng)過無線中繼站傳送給無線匯集終端，無線匯集終端可以接收多個測溫終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)。如果在無人值守、實際測溫地點遠離控制中心的環(huán)境中，無線匯集終端可以把接收到的數(shù)據(jù)通過RS232傳送給GPRS／CDMA，再由GPRS／CDMA把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的計算機，由計算機的后臺軟件進行處理。

3 無線測溫系統(tǒng)應用分析

河北某公司自2009年1月在臺城、蓮花2座無人值班變電站使用了無線測溫系統(tǒng)，主要監(jiān)測主變壓器高低壓側(cè)觸頭、母聯(lián)斷路器觸點、進線斷路器觸點、出線斷路器及電纜接頭觸點等位置的溫度，無線測溫終端在高壓帶電設備上的安裝示意見圖3。

 圖3 無線測溫終端安裝示意

無線測溫系統(tǒng)通過該公司千兆網(wǎng)絡將實時溫度數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度和監(jiān)控中心，由后臺系統(tǒng)進行處理、存儲歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)越限情況發(fā)出警報。截止目前，該系統(tǒng)在線運行正常、狀況良好，可為狀態(tài)檢修 提供數(shù)據(jù)支持與依據(jù)。

常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較見表1。

表1 常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較

通過應用和比較可知，無線測溫系統(tǒng)可以對主變壓器高低壓側(cè)隔離開關(guān)觸點、變壓器穿墻套管固定位置、小推車開關(guān)內(nèi)部觸點、電纜接頭觸點等部位 進行“*”監(jiān)測，由于通信中傳送的是數(shù)字信號， 所以它不會受到電磁干擾的影響，也不會對電氣設 備的正常運行帶來任何負面影響 ，可以在高電壓、強輻射和強電磁干擾等惡劣環(huán)境下運行。系統(tǒng)擴展 性好，采用短程無線網(wǎng)絡的方式，多個測溫終端分布 在無線匯集終端的周圍，測溫終端小巧輕便，可在狹 小空間內(nèi)應用，在有效的通信范圍內(nèi)可以添加、刪 除、移動測溫終端。

4 安科瑞ARTM系列電氣接點在線測溫產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖4結(jié)構(gòu)圖）。這樣，運行值班人員可以隨時查閱柜內(nèi)各個接點的實時溫度，隨時掌握各接點的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，大大提高電網(wǎng)的運行可靠性和經(jīng)濟性。

圖4 結(jié)構(gòu)圖

4.1安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

4.2安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

4.3安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

5 結(jié)束語

無線測溫系統(tǒng)與其他測溫方法相比，具有無需布線、測溫元件安裝方便、幾乎任何關(guān)鍵點都可以使 用、信息準確及時、報警系統(tǒng)良好等優(yōu)點。該系統(tǒng)可實現(xiàn)電力系統(tǒng)中關(guān)鍵部位溫度的在線監(jiān)測，輔助運行人員及時發(fā)現(xiàn)設備異常，可為狀態(tài)檢修提供依據(jù)， 改變了電力系統(tǒng)的檢修模式，使運行人員及時掌握設備運行情況，可在一定程度上提高供電系統(tǒng)的可靠性。

【參考文獻】

[1] 劉強.電網(wǎng)設備溫度無線監(jiān)測[D].蘇州：蘇州大學碩士學位論文.2005

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊  2019.11版