開關柜無線測溫系統(tǒng)的應用研究

0引言

在變電站內(nèi)，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(chǎn)生過熱現(xiàn)象，進而導致觸點異常升溫而損壞，甚至發(fā)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(jiān)測，做到事故的提前預防。目前，常規(guī)的無線測溫系統(tǒng)僅監(jiān)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(tǒng)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(huán)境因素造成接觸電阻增大而引發(fā)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(fā)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(huán)境溫濕度傳感器。采集高壓設備環(huán)境溫濕度并通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線接收器。每個溫濕度傳感器采集1路環(huán)境溫度和濕度值，可安裝在開關柜或配電室內(nèi)。無線環(huán)境溫濕度傳感器內(nèi)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(huán)境溫濕度傳感器發(fā)出的無線溫度及溫濕度信號轉(zhuǎn)發(fā)至保護裝置。無線接收器內(nèi)置磁鐵，吸附于開關柜低壓室內(nèi)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(fā)出的溫度及溫濕度信號，然后通過 ModbusRTU 通訊協(xié)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(nèi)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(wǎng)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(xié)議將溫度值及報警信號送至電力監(jiān)控系統(tǒng)，即可實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)和報警信號的遠程監(jiān)視。與電力監(jiān)控系統(tǒng)共用1套監(jiān)視系統(tǒng)，利用了原有設備無后期費用追加優(yōu)勢，達到了降低系統(tǒng)設備運維成本的目的，且利于運行人員監(jiān)視和維護。

同時依靠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關通過云服務可將數(shù)據(jù)接入云平臺，實現(xiàn)測溫信號的移動運維，不僅可通過智能手機監(jiān)測到設備的溫度，并且能在超溫時自動發(fā)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(xiàn)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(tǒng)

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(huán)境溫濕度傳感器配套工作。

特點 ：①每個間隔均可實現(xiàn)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(jù)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(huán)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(xiàn)基于實時電流的智能過溫報警功能 ；③其它間隔根據(jù)純溫度判斷異常過溫狀態(tài) ；④經(jīng)濟簡單，只需要1個無線接收器。

3.2 智能告警判據(jù)

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(xiàn)智能溫度告警。

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

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

這4類判據(jù)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(jiān)測，從而對開關柜進行矩陣式的全面監(jiān)測。

3.2.1 有流判據(jù)

（1）電流補償同安裝點橫向判據(jù)（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(chǎn)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(jù)

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(jù)靈敏性高。

.       電流補償絕對閥值判據(jù)。根據(jù)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(jù)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(jù)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(jù)靈敏性較高。

3.2.2 無流判據(jù)

（1）無電流同相縱向判據(jù)。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(jié)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(jù)

（2）無電流絕對閥值判據(jù)。根據(jù)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(jù)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(jù)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(jiān)測系統(tǒng)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(nèi)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RS485總線或以太網(wǎng)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(diào)、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(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)、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。

4.3系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.4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(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y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?qū)λ惺录l(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。

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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.5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(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)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(shù)據(jù)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(tǒng)通過RS485線與本地觸摸屏和后臺監(jiān)控進行通信（如下圖），系統(tǒng)設計遵循際標準Modbus-RTU傳輸規(guī)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(yōu)點。

AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統(tǒng)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(tǒng)平臺界面

6 結束語

智能無線測溫系統(tǒng)進行嚴格的系統(tǒng)測試后，已應用到了多個現(xiàn)場，通過對多個現(xiàn)場測試結果的對比分析，數(shù)據(jù)傳輸準確可靠，在電力系統(tǒng)監(jiān)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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