浅谈无线测温系统在高压电气设备上的应用研究「高压开关柜无线测温装置」

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安科瑞王丹丹acrel2021

摘要：为了避免输送电力资源的设备，如传输线缆、变压器、高压开关等由于连接部分过热而发生损坏事故，研制了一种无线测 温系统，用于检测高压设备器件的运行情况，及时消除安全隐患。

关键词：无线测温系统；高压电气设备；温度传感器；无线温度检测器

0前言

近年来随着电子设备的广泛应用，企业在生产过程中使用的电力负荷也随之加重，经常会发生因负载过多而导致电路设备烧毁的情况，对企业造成不小的财产损失。为有效检测设备运行时的温度变化状况，研制了一种无线测温系统，利用温度传感器与无线传输系统相结合的方法，达到实时监测设备温度变化的目的。

1 无线测温系统结构分析

无线测温系统由两部分组成，一部分是实时监测温度的硬件结构，即温度传感器，另一部分是传输并显示检测结果的 结构，本研究将其集成在温度检测器中。温度传感器一般位于 高压开关柜、电缆接头、保险丝等接口处，为保证测量精度，传 感器与被测点一般处于同一 电位，然后通过无线传输技术将 所得数据传输并显示到控制分析器件中。为保证该测温系统 的用电安全，高压工作部分与低压工作部分应实现电气隔离， 以免发生漏电等事故。温度接收装置一般安装在工作器件的外表面，并设置有多个通道，以实现对多个位置的实时监测和数据处理，之后将接收器收到的数据通过串口或者并口数据 线传输到计算机中，由事先编辑好的程序进行分析和处理。

1.1温度传感器

温度传感器的主要功能是将温度信号转变为电信号，常用的有Pt 100热电偶传感器，测量精度为0.1 C。无线温度传感器除温度检测元件外，还包括供电电源、测量电路、逻辑控制电路以及一定频率下的无线通信电路，温度传感器要与被测物体表面紧密接触。为了适应高温工作环境，无线温度传感器 通常要用高温高压的热缩管进行封装，还要具备一定的防水 防尘能力，以满足长时间工作需求。由于无线温度检测系统的工作空间一般都比较小，因此在封装时应尽量减小其体积，以适应工作环境。

在使用温度传感器时，可利用耐高温的尼龙丝或粘贴的方法将已经封装好的温度检测器固定于物体表面，但要注意保持接触的紧密度，以减少测量误差。温度传感器应有比较宽 的线性工作范围，一般选择-55~130 C的传感器，对于不同的工作环境，应根据精度和误差要求进行选择。

1.2无线温度检测器

无线温度检测器有多个接收通道，可同时对来自多个位置的测量数据进行处理并显示。检测器中设置有阈值判定模块和故障处理模块，工作人员事先设定一个安全范围，检测器在接收到数据之后与设定阈值进行对比，一旦发现温度高于阈值就转入故障处理模块，检测器显示屏上会输出警告字样，同时输出一系列高低电平以驱动报警指示灯和音响工作。

1.3实时温度检测软件系统

为降低工作人员的工作量，技术人员设计开发了与上述无线温度检测系统相匹配的实时温度检测软件，以实现数据分析和处理。该软件安装于与无线温度检测系统相连接的计 算机上，具备温度显示功能、数据存储功能、历史数据分析对比功能、故障警示功能和设备运行状态分析功能，可以帮助技 术人员处理海量数据，提炼有用信息，对各个设备温度的变化情况进行对比和分析，及时汇报异常状态，保证各个设备的安 全运行。同时，该软件还具有强大的数学计算功能和可视化能力，可以将一段时间内的数据以曲线图的方式展示，并标注其中的异常点，提醒维修人员检查。

2无线测温系统的技术优势及适用范围

无线测温系统的通信频段一般设置为2.3~2 .5 GHz，处于 高频波段，抗干扰能力强。通信技术选择ZigBee技术，适用于 短距离通信，使用复杂度较低，具有低功耗、低成本的优点，实 时处理能力强。温度传感器中安装有天线，可以保证通信效 率，体积较小，便于安装和使用，内部采用锂电池供电，使用寿 命长。 传感器使用二进制编码，处理分析方便。

温度传感器在使用时应用无线传输技术，不需外接数据 线，系统安全性能高，漏电风险小。 由于温度传感器在信息传 输时不需要使用外部数据线， 因此不会受到温度、湿度、灰尘、 振动等的影响，数据传输稳定性高，抗干扰能力强。温度传感 器与计算机连接并通过计算机中的软件对检测数据进行处理 和分析，具有良好的实时性，同时还可节省人力资源，提高工 作效率。与传统的红外测温传感器相比，本研究提出的无线测 温系统不需要人工进行操作，受周围环境、设备构造的影响比 较小，测量精度比较高。

目前研制的无线测温系统工作范围为35 kV以下高压开 关、继电器以及多种接触点，地下电缆的检测电压为 110 kV，在使用时要注意工作电压的限制。

3无线测温系统的应用实例

无线测温系统继研发以来，受到了广大生产企业的青睐， 应用十分广泛，英美等发达国家对这方面的研究起步较早，我 国虽然研发较晚，但也取得了一系列成果，尤其是近几年发展十分迅速。

高压开关柜即电路中的断电保护器，主要应用于高压传输设备中的发电设备、传输线缆、配电器、变压器以及大功率 负载中。其中的触头和接点通常是固定封装，位置比较隐秘， 使用时间较长会发生氧化损坏、接口松动等现象，从而导致开关柜的电阻大，在使用过程中产生热量增多，使得金属膨 胀、氧化，电阻进一步大，久而久之形成恶性循环。使用人工方法进行温度检测无法得到实时信息，不能及时发现突发事 故隐患，可能会酿成安全事故。为解决因高压开关柜温度检测 不及时而带来的安全隐患，河北宣化钢铁集团在其旗下子公 司一变电站成功引入了无限温度在线监测系统，实现了对变 电站高压开关柜内触点和电缆接头温度的实时连续监测，可 及时发现温度过热情况并进行处理，避免了多起事故的发生。

某化工集团自备发电厂中分别配备有功率为30 MW、60 MW 和13.5 MW的发电机组，数量在1~3台不等，主要功能是为工 厂供水、供电、供暖。近几年来工厂用电需求逐渐增多，电气设 备也进行了一定的改造，用电负荷日益大。5年前该工厂在 检修时发现发电机组接线部分由于过热而发生了一定程度的 损坏，安全隐患很高，因此工厂引入了无线测温系统，并将温 度传感器处理系统与计算机后台连接，工作人员可以及时全 面掌握设备运行情况，排除安全隐患。

4安科瑞温度在线监测系统

4.1概述

电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触 电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS 485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

4.2应用场所

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

4.3系统结构

温度在线监测系统结构图

4.4系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

1）温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

2）温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

3）运行报表：查询及打印各测温点指定时间的温度数据。

4）实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

5）历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

4.5系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

5结束语

无线测温系统由温度传感器、通信系统、显示系统等组成，并通过数据线或者通信芯片与上级计算机连接，可以实现对多个高压电气设备温度的在线监测预处理，帮助工作人员及时发现隐患，保证生产设备的性能。无线传输技术无需使用外部电线，可以有效减少传输过程中的电容耦合和 电感耦合，实现高压环境检测设备与次级处理设备之间的电气隔离，具有较高的性能，在高压电气设备检测领域有着广泛的应用前景。