淺談開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用研究及產(chǎn)品選型

程瑜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：溫度是維護(hù)電力系統(tǒng)高壓設(shè)備正常運(yùn)行的重要參數(shù)，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，針對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行溫度在線監(jiān)測已變得日益重要。文章中的智能無線測溫系統(tǒng)，通過對(duì)開關(guān)柜溫度進(jìn)行智能實(shí)時(shí)監(jiān)控，可準(zhǔn)確、及時(shí)掌握開關(guān)柜運(yùn)行溫度變化趨勢(shì)，并結(jié)合實(shí)時(shí)電流通過特有的橫向和縱向等智能判據(jù)，可提前感知開關(guān)柜因過溫而引起的安全隱患，有針對(duì)性地制定預(yù)防措施，從而實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，避免出現(xiàn)故障，進(jìn)而減少運(yùn)維人員工作量。

關(guān)鍵詞：智能判據(jù) ；無線測溫 ；開關(guān)柜

0引言

在變電站內(nèi)，高壓設(shè)備在長期運(yùn)行過程中，其觸點(diǎn)和連接處等位置會(huì)因長期過載、接頭松動(dòng)、觸頭老化等因素導(dǎo)致接觸電阻增大而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致觸點(diǎn)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(duì)高壓設(shè)備的溫度進(jìn)行全方位監(jiān)測，做

到事故的提前預(yù)防。目前，常規(guī)的無線測溫系統(tǒng)僅監(jiān)測高壓設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度，超過溫度上限進(jìn)行告警，無法提前預(yù)知高壓設(shè)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(shí)測溫度結(jié)合實(shí)時(shí)電流的方式，通過特有智能算法，可提前感知開關(guān)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(shè)備溫度并通過無線方式將其發(fā)送至無線接收器。每個(gè)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(yīng)一次設(shè)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(shè)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(gè)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(guān)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(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至保護(hù)裝置。無線接收器內(nèi)置磁鐵，吸附于開關(guān)柜低壓室內(nèi)壁上，通過通訊電纜連接至保護(hù)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(hào)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(hào)，然后通過 ModbusRTU 通訊協(xié)議及 RS–485接口與保護(hù)裝置通訊。由于無線接收器吸附于開關(guān)柜低壓室內(nèi)壁上，通過1根短通訊電纜即可連接至保護(hù)裝置通訊口進(jìn)行通訊，無需進(jìn)行單獨(dú)組網(wǎng)通訊。保護(hù)裝置收到傳感器溫度信號(hào)后，將在LCD 面板顯示溫度值，同時(shí)結(jié)合一次負(fù)荷電流進(jìn)行智能判斷，然后通過通訊協(xié)議將溫度值及報(bào)警信號(hào)送至電力監(jiān)控系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)的遠(yuǎn)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(shè)備無后期費(fèi)用追加優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了降低系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維成本的目的，且利于運(yùn)行人員監(jiān)視和維護(hù)。

同時(shí)依靠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過云服務(wù)可將數(shù)據(jù)接入云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)測溫信號(hào)的移動(dòng)運(yùn)維，不僅可通過智能手機(jī)監(jiān)測到設(shè)備的溫度，并且能在超溫時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)推送到具體負(fù)責(zé)人員的智能手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)高效的問題處理，地降低了高壓設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn)，保證供電可靠性（圖1）。

圖1 通訊架構(gòu)

3開關(guān)柜智能無線測溫系統(tǒng)

3.1 具體應(yīng)用方案

智能無線測溫功能集成于綜合保護(hù)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(guān)柜 ABC 三相每相的4個(gè)位置：母排、斷路器上觸臂、斷路器下觸臂、進(jìn)出線。

3.1.1 分布式測溫方案

每個(gè)間隔開關(guān)柜的保護(hù)裝置配1個(gè)無線接收器，可與本間隔的多12個(gè)溫度傳感器和2個(gè)環(huán)境溫濕度傳感器配套工作。

特點(diǎn) ：①每個(gè)間隔均可實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)電流的智能過溫報(bào)警功能 ；②具有結(jié)合電流的傳感器離線報(bào)警功能 ；③基于間隔配置，方便運(yùn)維 ；④可工作于電磁干擾嚴(yán)重場合。

3.1.2 母線集中式測溫方案

進(jìn)線開關(guān)柜配置1個(gè)無線接收器，根據(jù)用戶實(shí)際情況選擇重要大負(fù)荷開關(guān)柜安裝無線溫度傳感器。能與安裝在本母線的5個(gè)開關(guān)柜的多60個(gè)溫度傳感器和10個(gè)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(yīng)用場景

特點(diǎn) ：①適用于小型站 ；②進(jìn)線可以實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)電流的智能過溫報(bào)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(jì)簡單，只需要1個(gè)無線接收器。

3.2 智能告警判據(jù)

智能無線測溫基于保護(hù)裝置通過實(shí)測溫度結(jié)合實(shí)時(shí)電流的方式實(shí)現(xiàn)智能溫度告警。

智能無線測溫包含4個(gè)智能判據(jù)，能同時(shí)工作，一旦觸發(fā)其中1個(gè)判據(jù)，將會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)的測量點(diǎn)溫度告警消息。

4個(gè)智能判據(jù)分別是 ：①電流補(bǔ)償同安裝點(diǎn)橫向判據(jù)；②電流補(bǔ)償絕對(duì)閥值判據(jù)；③無電流同相縱向判據(jù)；④無電流絕對(duì)閥值判據(jù)。

這4類判據(jù)分別對(duì)單個(gè)測量點(diǎn)的絕對(duì)溫升/溫度，縱向測量點(diǎn)及橫向測量點(diǎn)結(jié)合電流后的溫升進(jìn)行監(jiān)測，從而對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行矩陣式的全面監(jiān)測。

3.2.1 有流判據(jù)

（1）電流補(bǔ)償同安裝點(diǎn)橫向判據(jù)（圖3）。同一間隔，同一組安裝點(diǎn)多會(huì)配置 ABC 三相3個(gè)測溫點(diǎn)。例如，出線電纜 A 相測溫點(diǎn)，出線電纜 B 相測溫點(diǎn)，出線電纜 C 相測溫點(diǎn)，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(gè)測點(diǎn)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(huì)引起溫升的不平衡，電流補(bǔ)償后，當(dāng)檢測到某一測溫點(diǎn)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(diǎn)，連接方式相同， 期望溫升相同，因此該判據(jù)靈敏性高。

1. 電流補(bǔ)償絕對(duì)閥值判據(jù)。根據(jù)國標(biāo)要求的溫升閥值，確定測溫點(diǎn)額定電流下的溫升閥值。根據(jù)當(dāng)前工作點(diǎn)的電流值，計(jì)算對(duì)應(yīng)該電流的溫升動(dòng)作閥值。當(dāng)測溫點(diǎn)測得的溫度超過計(jì)算得到的溫升動(dòng)作閥值后告警。

此判據(jù)電流的溫度告警閥值，對(duì)應(yīng)電流做過補(bǔ)償，遠(yuǎn)小于國標(biāo)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(gè)測溫點(diǎn)，例如，母排測溫點(diǎn)、斷路器上觸臂測溫點(diǎn)、 斷路器下觸臂測溫點(diǎn)、進(jìn)出線測溫點(diǎn)。同一相縱向上的各個(gè)測溫點(diǎn)，流過的電流相同，溫升只與節(jié)點(diǎn)阻抗和散熱條件有關(guān)，因此可比較同一相縱向上多個(gè)測溫點(diǎn)的溫 升，當(dāng)某一測溫點(diǎn)的溫升與縱向其他測溫點(diǎn)的溫升相比異常升高時(shí)告警（圖4）。

圖4 縱向判據(jù)

（2）無電流絕對(duì)閥值判據(jù)。根據(jù)國標(biāo)要求的溫升閥值，設(shè)定一個(gè)大允許溫升閥值，當(dāng)實(shí)測點(diǎn)的溫升大于大允許溫升，判斷該測點(diǎn)溫度異常，告警。根據(jù)國標(biāo)要求的溫度閥值，設(shè)定一個(gè)大允許溫度閥值，當(dāng)實(shí)測溫度大于大允許溫度時(shí)，判斷該測點(diǎn)溫度異常告警。

由于國標(biāo)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(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)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(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

4.2應(yīng)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(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測溫點(diǎn)指定時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)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(shí)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、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(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱	外形	型號(hào)	參數(shù)說明
系統(tǒng)組態(tài)軟件		Acrel-2000/T	硬件：內(nèi)存4G，硬盤500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows764位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約
智能通信 管理機(jī)		Anet-2E4SM	通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴(kuò)展。
無線測溫集中采集設(shè)備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm）
		Acrel-2000T/B	硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺(tái)/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
顯示終端		ATP007 ATP010	DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。
		ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接收60個(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
		ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接收12個(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
智能溫度 巡檢儀		ARTM-8	開孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場合的測溫；
		ARTM-24	35MM導(dǎo)軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場所測溫；
無線收發(fā)器		ATC450-C	可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
		ATC600	ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		ATE100M	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
		ATE200	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
		ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護(hù)等級(jí)IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
CT取電型無線測溫傳感器		ATE400	CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流≥5a； -50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
有線溫度 傳感器		PT100	用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
		NTC	用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系；

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(shí)時(shí)把連接器中每相溫度數(shù)據(jù)上傳后臺(tái)，提示管理人員應(yīng)對(duì)報(bào)警點(diǎn)予以重視或采取必要的預(yù)防措施。

此母線槽紅外測溫解決方案由人機(jī)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(tái)監(jiān)控進(jìn)行通信（如下圖），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循際標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，與無線通信方式相比，具有價(jià)格低、抗共模干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統(tǒng)拓?fù)鋱D

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(tái)界面

6 結(jié)束語

智能無線測溫系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)測試后，已應(yīng)用到了多個(gè)現(xiàn)場，通過對(duì)多個(gè)現(xiàn)場測試結(jié)果的對(duì)比分析，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠，在電力系統(tǒng)監(jiān)控后臺(tái)可實(shí)時(shí)掌握開關(guān)柜各位置的溫度變化趨勢(shì)，溫度異常時(shí)可智能提前預(yù)警，提醒運(yùn)行人員針對(duì)性地制定預(yù)防措施，為運(yùn)行單位減少了運(yùn)維工作量，提高了運(yùn)維單位的工作效率和供電可靠性。

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審核編輯 黃宇