10kV高壓開關柜無線測溫系統設計及產品選型

涂志燕

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：保障電力系統穩定安全運行的一個重要部分為高壓開關柜。高壓開關柜的運行狀態非常關鍵，因為整體溫度太高會逐漸損耗其電氣設備。分析10kV高壓開關柜無線測溫技術，闡述10kV高壓開關柜無線測溫系統的設計、技術特點及工作原理，總結了無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用。

關鍵詞:電氣設備；高壓開關柜；無線測溫技術

一、10kV高壓開關柜無線測溫系統的整體設計

1、整體設計

        本文選擇KYN型開關柜作為研究對象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關設備、移動式結構以及戶內裝置。根據10kV高壓開關柜的安全運行需求，10kV高壓開關柜的整體設計要從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對系統的設計分析，主要由3部分組成，即高壓測發射端、低壓側接收端以及上位機數據處理控制。這一設計考慮到KYN型開關柜所具備的6個梅花觸頭，并提供了470MHz無線數據傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側電源，ATE400溫度傳感器測量觸頭溫度，系統由此能夠準確反映觸頭溫度變化。 

2、高、低壓側信號傳輸方式選擇

        無線信號傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關柜無線測溫系統設計的良好程度。無線信號傳輸方式有藍牙技術、紅外技術等。但是，由于不同技術的抗干擾性以及功耗有所不同，因此10kV高壓開關柜無線測溫系統在無線信號傳輸方式上主要選擇藍牙技術。

3、高壓側供電方式選擇

        供電電源間的高壓側電路需要滿足不間斷供電、抗干擾能力強以及高穩定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是，10kV高壓開關柜無線測溫系統主要應用了CT互感器電源供電方式，因為CT互感器電源供電更能滿足高壓側電路多種需求點，同時具備結構安全、應用成熟以及使用環境優良的優勢。

二、10kV高壓開關柜無線測溫傳感器的原理

1、無線測溫原理

        結合不同的溫度傳感元件進行測溫就是無線測溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測溫傳感器、半導體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

2、熱敏電阻溫度傳感器

        針對不斷變化的溫度，它的阻值也呈現出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過來，可以結合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優勢也由此顯現，即具備較高的靈敏度，劣勢即熱敏電阻值與溫度的線性關系變差，進一步導致元件被老化，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限，還會隨著長時間的使用使其溫度測定準確度和穩定性變差。

3、無源無線溫度傳感器

        應用能量收集方式進行能量的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能量需求，即可以充分摒棄傳統電池和CT取電的方式。整個無源無線溫度傳感器安全可靠性較高。整個能量收集技術沒有污染，還有可循環、低能耗的優點。因此，未來的無線測溫系統的發展大多會建立在微電子技術與微功耗技術上，并呈現出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。

三、無線測溫系統的技術特點

1、安全性

        獨立式的電位絕緣安裝的無線測溫系統，是可以大范圍規避其爬電帶來的不良影響的系統，還能有效提升電氣設備的安全性能。因此，整個無線測溫系統的技術呈現為較高的安全性。

2、準確性

        無線測溫系統應用的器件大多數為高精度數字傳感器，可以充分肯定測溫方式多為接觸式。整個傳感器的位置非常接近發熱點，可以實現快速測定溫度點的溫度變化的目標，顯示出無線測溫系統的整體測量準確性。

3、靈活性

        由于無線測溫器件本身體積較小，所以整個器件安裝過程非常便捷，整個組網也非常靈活，即可以應用無線或者有線的網絡連線方式。器件的體積小還能方便多個監控點的安裝，得到全方面的測量數據。

4、易用性

        無線測溫系統的整個操作平臺主要是應用模塊化設計，因此會更加便捷性地鏈接其網絡，進而得到自動化控制系統，且整體的使用性能也更加方便。

5、功耗低

        低功耗的設計理念應用于無線測溫，可以達成正常測溫的目的，同時提升無線測溫傳感器的使用年限。

四、安科瑞溫度在線監測系統解決方案

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。

2、應用場所

        適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、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。

3、系統結構

溫度在線監測系統結構圖

 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）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。

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。

六、結語

        就10kV高壓開關柜無線測溫技術進行深度分析，結合實際的10kV高壓開關柜無線測溫技術特點和實際應用發展狀況，達成全方面保障智能電網的安全穩定運行，推動10kV高壓開關柜無線測溫技術的持續發展。