浅谈10KV高压开关柜无线测温设备在电气设备维护中的应用及优势分析

时间：2021-12-01

朱鹍

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

1.10kV高压开关柜无线测温系统的整体设计

1.1整体设计

本设计选用KYN型开关柜，其中K指铠装式金属封闭开关设备，Y指移开式结构，N指户内装置。依照该高压开关柜安全运行要求，无线测温系统的整体设计需考虑系统体积、绝缘性能、可靠性能以及经济成本等方面。因此，这一系统的设计共可分为高压侧发电端、低压侧发电端以及上位机数据处理控制3个部分。设计KYN型开关柜需要6个梅花触头，同时需要提供拉按压数据传输渠道，因此使用CT互感器作为高压侧电源，利用温度传感器监测触头的温度。该系统能够感应触头温度的变化，如图1所示。

图110kV高压开关柜无线测温系统的整体设计

1.2温度传感器的选用

工业场所中使用的温度传感器主要包括热电偶温度传感器、热电阻温度传感器、热敏电阻温度传感器以及集成温度传感器4种类型。每一种温度传感器都有属于自己的温度测量范围，可以良好适应温度变化的环境。考虑到系统设计的成本与难度，10kV高压开关柜无线测温系统选用温度传感器。这是一种集成式温度传感器，具有价格低廉、使用便捷、测量精度高、测温电路简单、便于扩展以及占用口线较少等优点。这种集成式的温度传感器能够为高压开关柜的安全运行提供**。

1.3高低压测信号传输方式选择

为了确保10kV高压开关柜无线测温系统设计合理，需选择科学实用的无线信号传输方式。常见的无线信号传输方式有蓝牙技术、IEEE802.11、红外技术以及Zigbee技术等。考虑到这些技术的抗干扰性能、功耗以及标准，选择蓝牙技术作为10kV高压开关柜无线测温系统的无线信号传输方式。

1.4高压侧供电方式选择

实用的高压侧电路供电电源需要具备持续不断的供电性、较强的抗干扰能力、稳定的输出以及较小的体积。通过研究激光供电、太阳能供电、电池供电以及CT互感电源供电发现，CT互感器电源供电可以切实满足高压侧电路的要求，同时在使用环境、应用成熟度与结构安全等方面具备较大的使用优点。因此，10kV高压开关柜无线测温系统选用CT互感器电源作为供电方式。

2.10kV开关柜无源无线测温系统框架分析

高压设备无源无线温度实时监测系统的预警系统主要由采集设备和软件系统构成。系统使用树状网络式结构。各级变电站中的高压室为一层，将无源无线温度传感采集设备安装在高压室中的每一个封闭式开关柜内，主要包含6个无源无线温度传感器和1个无线测温终端机。将6个传感器分别安装在比较*发热的接触点位置，如出线接头、梅花触头以及进线接头等。终端机安装在开关柜内的低压室中。二层是变电站。在每个变电站安置1个无线测温前置机，收集各采集终端机设备的数据后，将数据打包整体经由IP网络输送至巡检中心。三层是巡检中心。每个巡检中心需要配置1台监控服务器，以显示并处理各变电站内高压设备的温度数据。如果有必要，各巡检中心还可以把温度信号传输至电力公司的主站服务器。四层是系统的主站服务。主站服务器可以为后台服务人员提供的温度信息，以便工作人员及时做出有效的安排与处理。

铠装开关柜电气设备无源无线测温系统的功能是实时监测温度，以预警与报警双重功能设置。同时，这种系统操作简洁且数据显示形象多元，具体功能主要由三层与四层实现。它的功能主要包括以下4个方面。24h监测高压开关柜的温度变化，以及时对缺陷故障做出判断。保存电气设备的历史温度数值，便于后续的比较与分析。统计分析温度数据，同时绘制相关的数据图表，便于查看。实时监测温度值是否处于高温预警状态。

3.10kV高压开关柜无线测温系统的调试应用

3.1系统调试

硬件与软件的调试将对10kV高压开关柜无线测温系统自身真正发挥功能具有关键性作用。因此，相关人员积重视各功能模块的调试。

3.1.1硬件调试

系统硬件调试的流程是PCB裸板测试、上电操作、源调试以及主芯片硬件调试，如表1所示。

表110kV高压开关柜无线测温系统硬件调试

3.1.2软件调试

系统的软件调试主要包含温度采集调试模块、蓝牙通信调试模块以及LCD显示调试3方面内容。温度采集模块的作用是对比温度数值变化来判别测温程序是否正常运行。蓝牙通信模块的调试主要由两部分组成：一部分是高压侧单调试，以串口助手为支撑，以验证PC接收到的数据是否正确；另一部分是对高压侧向低压侧输送数据的调试，借助串口助手向PC进行传输以验证其正确性。LCD显示调试需要依照控制时序。10kV高压开关柜无线测温系统真正投入使用，需要完成硬件与软件的调试。

3.2具体应用

为了验证 10kV 高压开关柜无线测温系统的有效性，在经常发生高压开关柜发热问题的变电站展开应用。对现场的实际情况进行现场调试、温度初次测量以及初次软件测试后，综合分析其测试结果，评估变电站应用开关柜无线测温系统的使用效果。结合3个月的数据进行分析，表明设计的10kV高压开关柜无线测温系统具有有效性和实用性，可妥善解决与处理干扰变电站多年的高压开关柜发热问题。

3.3效益分析

一方面，无线测温系统可以持久不间断地监测开关柜的温度，及时收集并发送准确的监测数据，以免电气设备由于温度过高而导致电网出现故障。同时，该系统可以提供及时的报警提示，确保工作人员时间解决出现的异常问题，以免造成严重损失。另一方面，无源无线测温系统可以将传统的被动检修转变为主动检修，依次为状态检修准备数据资料，确保电网运行的安全性与可靠性。

4.安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍

4.1概述

开关柜温度在线监测系统是基于470MHz无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头，柜体表面等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。

4.2应用场所

变电所，配电室，箱变等

配电室箱变数据中心机房

4.3系统架构

开关柜无线测温系统由无线温度传感器、测温通讯终端（温度显示仪）、温度监测预警工作站三部分组成，

4.4系统功能

4.4.1实时监测

Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息。

4.4.2温度查询

温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）：

4.4.3运行报表

查询各回路设备运行温度报表。

4.4.4实时报警

壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出警告。设备提供以下几种告警方式：

1）弹出事件报警窗口。

2）实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警。

3）短信警告。可以向*手机号码发送告警信息短信（需选配短信猫）。

4.4.5历史告警查询

Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有告警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。

4.4.6用户权限管理

Acrel-2000T无线测温监控系统为**系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全**。

4.4.7定值设置

用于修改高温定值、温定值。

WEB，手机APP（可选）：

通过网址和手机APP展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。

4.5.产品选型

4.5.1无线测温传感器选型

4.5.2收发器选型

4.6典型配置方案

4.6.1高低压柜内电气接点无线测温（单柜就地显示）

a）配置方案

说明：ARTM-Pn通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收60只无线温度传感器 ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安装实例

ARTM-PnATE100接点测温ATE200母排测温ATE400断路器触头测温

4.6.2高压柜内电气接点无线测温带操显功能（单柜就地显示）

a）配置方案

说明：ASD320通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收12只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安装实例

ASD320ATE200触头测温ATE400母排测温ATE100M柜体测温

4.6.3高低压柜内电气接点无线测温（集中就地显示/就地无显示）

a）配置方案

说明：触摸屏通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器 ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果现场不需要就地显示，可以直接通过ATC的RS485接口，把数据传送到值班室的远程温度监控系统。

b）安装实例

ATP070ATCATE200接点测温ATE200电容器表面测温

4.6.4就地壁挂式集中显示方案（适用于改造，不方便在柜子上加装显示屏的现场）

作者简介：朱鹍，女，就职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为企业能源管控

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