10kV高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

任運業(yè)

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰  214405

   摘要：文章提出了一種用于小車式開關柜的無線測溫系統(tǒng)，包括設于小車動觸頭套管上的溫度傳感器、環(huán)繞設于小車動觸頭上的電流傳感器，溫度傳感器及電流傳感器均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器，數(shù)據(jù)接收處理器電連接有設于小車式開關柜上的顯示屏；數(shù)據(jù)接收處理器連接有通信模塊，通信模塊連接有遠程報警單元；遠程報警單元電連接終端設備。該無線測溫系統(tǒng)結構簡單，能夠遠程及時監(jiān)控小車觸頭的工作情況；通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭安全運行。

   關鍵詞：高壓小車開關柜；無線測溫系統(tǒng)；電磁干擾

0、引言

   在高壓開關柜使用過程中，母線連接點和柜內的接觸點、動靜觸頭電路產(chǎn)生的發(fā)熱量過大，很容易出現(xiàn)火災事故和停電事故。所以，做好高壓開關柜中溫度的監(jiān)測工作至關重要。由于高壓設備中存在裸露電壓，使用常規(guī)的溫度監(jiān)測方法并不能將高壓絕緣問題解決，而無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)使用無線電波傳輸信息，無須進行布線和使用高壓設備等，也不需要采取相應的絕緣措施，可以解決高壓設備溫度監(jiān)測問題，本文對高壓小車開關柜無線測溫系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)進行分析探討。

1、無線測溫系統(tǒng)設計的重要性

         10kV高壓柜是電力系統(tǒng)中的一部分，其安全運行是用戶負荷的重要保證。高壓柜的特點是負荷電流較大、容易發(fā)熱，需要定期測溫。從結構形式上看，10kV高壓柜分為旋轉刀閘式和小車式兩種，小車式高壓柜由于觸頭密封，在柜外無法觀察測溫，因此巡視人員只能通過對柜壁測溫來間接推算內部是否發(fā)熱，溫度的傳導損耗導致精度很低，而且無法觀察細微的變化，不滿足安全運行的要求。

2、高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計原理

2.1　系統(tǒng)的主要組成

   無線測溫系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、無線溫度監(jiān)測儀、監(jiān)控中心上位機、通信鏈路構成，其中，無線溫度傳感器主要安裝在開關柜面板上，用來收集各子無線溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并進行處理和儲存，無線傳感溫度監(jiān)測儀都利用RS485總線和監(jiān)控中心上位機進行通信，從而組成分布式監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2　無線溫度傳感器

   無線溫度傳感器主要用來測量帶電物體表面溫度，如對高壓開關柜中的母排接頭和裸露觸電的運行溫度進行監(jiān)測，無線溫度傳感器主要包括測量電路、溫度傳感器、無線調制接口、邏輯控制電路、供電電路，通過無線網(wǎng)絡將溫度信號傳送到無線溫度監(jiān)測儀。無線溫度傳感器由于體積比較小，適合用來測量開關柜中的溫度熱接點，可以對開關柜中引出電纜接頭、觸頭、母線連接點的運行溫度進行測量。

2.3　無線溫度監(jiān)測儀

   無線溫度監(jiān)測儀主要用來對溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集、儲存、處理、報警信號輸出等，其中監(jiān)控中心PC機和RS485進行通信。LCD人機交互主要用來對當前無線傳感器無線溫度監(jiān)測信息和溫度數(shù)據(jù)信息進行顯示，現(xiàn)場用戶可以通過執(zhí)行輸入操作、輸出操作進行控制。例如對無線傳感器進行查詢和設置，而無線溫度監(jiān)測儀則可以用來進行運行日志的查詢和配置。

2.4　抗電磁干擾

   在進行設計時，無線傳感器布置在母排接近開關觸頭和接頭表面的觸臂上，一旦有大電流從觸臂和母排上流過，會產(chǎn)生比較大的電磁場，進而影響傳感器的正常運行。為保證無線傳感器的正常運行，需要采取一定的屏蔽措施。在進行系統(tǒng)設計時，除了要對天線外接外，還需要在屏蔽盒中布置電路，降低運行過程中電磁輻射產(chǎn)生的影響。在導熱片上布置溫度傳感器，并將其他屏蔽盒中剩余的空間進行灌膠，為了保證其具有良好的絕緣性，需要將傳感器使用熱鎖管包裹好。

圖1　小車式開關柜無線測溫系統(tǒng)結構

   圖1為一種用于小車式開關柜無線測溫系統(tǒng)的結構組成，包括設于小車動觸頭套管1上的溫度傳感器2以及設于端子箱模塊3上的電流傳感器4，溫度傳感器2和電流傳感器4均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器5，數(shù)據(jù)接收處理器5電連接有設于小車式開關柜6上的顯示屏7；數(shù)據(jù)接收處理器5連接有通信模塊8，通信模塊8連接有遠程報警單元9；遠程報警單元9電連接有終端設備。其中，數(shù)據(jù)接收處理器5包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元10和數(shù)據(jù)處理單元11。另外，數(shù)據(jù)接收單元10包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，溫度數(shù)據(jù)接收單元及電流數(shù)據(jù)接收單元均分別與數(shù)據(jù)處理單元11相連。其中，數(shù)據(jù)處理單元11與通信模塊8相連。另外，溫度傳感器2為綁扎式溫度傳感器，綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管1上。其中，溫度傳感器2 為絕緣性溫度傳感器。

3、高壓小車開關柜無線測溫系統(tǒng)的實際應用

   在該技術方案中，通過溫度傳感器的設置可以測量小車動觸頭的溫度，通過電流傳感器的設置可以測量流經(jīng)小車動觸頭的電流；通過數(shù)據(jù)接收處理器的設置可以接收溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)，并對當前的溫度數(shù)據(jù)與電流數(shù)據(jù)對應關系進行判斷，保證測量的準確性，避免了通過通信模塊連接的遠程報警單元出現(xiàn)誤報；同時小車式開關柜上設置有顯示屏，可以實時顯示電流、溫度數(shù)據(jù)，便于運維人員查看顯示屏及時了解小車式開關柜內的小車動觸頭發(fā)熱、電流情況，保證小車式開關柜的安全運行；同時遠程報警單元連接有終端設備，終端設備可以是手機或其他設備，便于運維人員通過終端設備及時掌握小車式開關柜的工作狀況。

   數(shù)據(jù)接收處理器包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)處理單元。在該技術方案中，數(shù)據(jù)接收單元能夠接收溫度傳感器和電流傳感器測量的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元能夠判斷電流與相對應的電流溫度是否在正常范圍內，如果電流在一定數(shù)值，溫度超出了設定的閾值，數(shù)據(jù)處理單元將判斷的指令以及接收的電流、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊。

   數(shù)據(jù)接收單元包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，二者均分別與數(shù)據(jù)處理單元相連。在該技術方案中，數(shù)據(jù)處理單元能夠處理電流數(shù)據(jù)接收單元接收的電流數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)接收單元接收的溫度數(shù)據(jù)，并把處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)傳遞至通信模塊。

   數(shù)據(jù)處理單元與通信模塊相連。在該技術方案中，通信模塊能夠將數(shù)據(jù)處理單元處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程報警單元。溫度傳感器為綁扎式溫度傳感器，將綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管上。綁扎式溫度傳感器可以根據(jù)小車觸頭套管的直徑大小進行調節(jié)，便于溫度傳感器安裝在不同規(guī)格的小車觸頭上。溫度傳感器采用絕緣性溫度傳感器。這樣設置可以使溫度傳感器盡可能靠近小車觸頭，得到更真實的溫度值，防止流經(jīng)小車觸頭的電流對溫度傳感器的影響，保證溫度測量的準確性。

4、應用場景

   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(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。

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。

6、結語

   綜上所述，該無線測溫系統(tǒng)是一種用于小車式開關柜無線測溫系統(tǒng)，通過電流傳感器及溫度傳感器的設置，反映出電流與溫度的關系，保證了測量小車觸頭的溫度數(shù)據(jù)及通過小車觸頭中的電流數(shù)據(jù)的準確性，通過數(shù)據(jù)接收處理器的設置可以判斷在電流值一定的情況下，溫度數(shù)據(jù)超出設定的閾值后，數(shù)據(jù)接收處理器將指令、溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊，通信模塊將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程報警單元，便于后臺遠程及時監(jiān)控小車觸頭的工作情況，通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭的安全運行。

【參考文獻】

[1]吳卓文,陳錦培,高壓小車開關柜無線測溫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。

[2]劉朝霞,高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計[J].電力安全技術2015（7）:40-42。

[3]王福凱,蘭西柱,董瑞琦,等,高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計[J].工礦自動化,2012（7）:108-112

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版。

作者介紹：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用。