高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的設計與實(shí)現

摘要：文章提出了一種用于小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜的無(wú)線(xiàn)測溫系統，包括設于小車(chē)動(dòng)觸頭套管上的溫度傳感器、環(huán)繞設于小車(chē)動(dòng)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據接收處理器，數據接收處理器電連接有設于小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜上的顯示屏；數據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(wú)線(xiàn)測溫系統結構簡(jiǎn)單，能夠遠程及時(shí)監控小車(chē)觸頭的工作情況；通過(guò)顯示屏的設置可以在小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜上及時(shí)顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時(shí)了解小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜內小車(chē)動(dòng)觸頭的工作情況，保證了小車(chē)動(dòng)觸頭安全運行。

關(guān)鍵詞：高壓小車(chē)開(kāi)關(guān)柜；無(wú)線(xiàn)測溫系統；電磁干擾

0、引言

    在高壓開(kāi)關(guān)柜使用過(guò)程中，母線(xiàn)連接點(diǎn)和柜內的接觸點(diǎn)、動(dòng)靜觸頭電路產(chǎn)生的發(fā)熱量過(guò)大，很容易出現火災事故和停電事故。所以，做好高壓開(kāi)關(guān)柜中溫度的監測工作至關(guān)重要。由于高壓設備中存在裸露電壓，使用常規的溫度監測方法并不能將高壓絕緣問(wèn)題解決，而無(wú)線(xiàn)溫度監控系統使用無(wú)線(xiàn)電波傳輸信息，無(wú)須進(jìn)行布線(xiàn)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測問(wèn)題，本文對高壓小車(chē)開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的設計和實(shí)現進(jìn)行分析探討。

1、無(wú)線(xiàn)測溫系統設計的重要性

   10kV高壓柜是電力系統中的部分，其安全運行是用戶(hù)負荷的重要保證。高壓柜的特點(diǎn)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(chē)式兩種，小車(chē)式高壓柜由于觸頭密封，在柜外無(wú)法觀(guān)察測溫，因此巡視人員只能通過(guò)對柜壁測溫來(lái)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(wú)法觀(guān)察細微的變化，不滿(mǎn)足安全運行的要求。

2、高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計原理

2.1　系統的主要組成

   無(wú)線(xiàn)測溫系統主要由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、無(wú)線(xiàn)溫度監測儀、監控中心上位機、通信鏈路構成，其中，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器主要安裝在開(kāi)關(guān)柜面板上，用來(lái)收集各子無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的數據，并進(jìn)行處理和儲存，無(wú)線(xiàn)傳感溫度監測儀都利用RS485總線(xiàn)和監控中心上位機進(jìn)行通信，從而組成分布式監測系統。

2.2　無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

   無(wú)線(xiàn)溫度傳感器主要用來(lái)測量帶電物體表面溫度，如對高壓開(kāi)關(guān)柜中的母排接頭和裸露觸電的運行溫度進(jìn)行監測，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器主要包括測量電路、溫度傳感器、無(wú)線(xiàn)調制接口、邏輯控制電路、供電電路，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )將溫度信號傳送到無(wú)線(xiàn)溫度監測儀。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器由于體積比較小，適合用來(lái)測量開(kāi)關(guān)柜中的溫度熱接點(diǎn)，可以對開(kāi)關(guān)柜中引出電纜接頭、觸頭、母線(xiàn)連接點(diǎn)的運行溫度進(jìn)行測量。

2.3　無(wú)線(xiàn)溫度監測儀

   無(wú)線(xiàn)溫度監測儀主要用來(lái)對溫度傳感器的數據收集、儲存、處理、報警信號輸出等，其中監控中心PC機和RS485進(jìn)行通信。LCD人機交互主要用來(lái)對當前無(wú)線(xiàn)傳感器無(wú)線(xiàn)溫度監測信息和溫度數據信息進(jìn)行顯示，現場(chǎng)用戶(hù)可以通過(guò)執行輸入操作、輸出操作進(jìn)行控制。例如對無(wú)線(xiàn)傳感器進(jìn)行查詢(xún)和設置，而無(wú)線(xiàn)溫度監測儀則可以用來(lái)進(jìn)行運行日志的查詢(xún)和配置。

2.4　抗電磁干擾

   在進(jìn)行設計時(shí)，無(wú)線(xiàn)傳感器布置在母排接近開(kāi)關(guān)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(guò)，會(huì )產(chǎn)生比較大的電磁場(chǎng)，進(jìn)而影響傳感器的正常運行。為保證無(wú)線(xiàn)傳感器的正常運行，需要采取一定的屏蔽措施。在進(jìn)行系統設計時(shí)，除了要對天線(xiàn)外接外，還需要在屏蔽盒中布置電路，降低運行過(guò)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(jìn)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。

   以上圖片為一種用于小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的結構組成，包括設于小車(chē)動(dòng)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均分別連接有數據接收處理器5，數據接收處理器5電連接有設于小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜6上的顯示屏7；數據接收處理器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，數據接收處理器5包括相互電連接的數據接收單元10和數據處理單元11。另外，數據接收單元10包括溫度數據接收單元、電流數據接收單元，溫度數據接收單元及電流數據接收單元均分別與數據處理單元11相連。其中，數據處理單元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(chē)動(dòng)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(chē)開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的實(shí)際應用

   在該技術(shù)方案中，通過(guò)溫度傳感器的設置可以測量小車(chē)動(dòng)觸頭的溫度，通過(guò)電流傳感器的設置可以測量流經(jīng)小車(chē)動(dòng)觸頭的電流；通過(guò)數據接收處理器的設置可以接收溫度數據及電流數據，并對當前的溫度數據與電流數據對應關(guān)系進(jìn)行判斷，保證測量的準確性，避免了通過(guò)通信模塊連接的遠程報警單元出現誤報；同時(shí)小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜上設置有顯示屏，可以實(shí)時(shí)顯示電流、溫度數據，便于運維人員查看顯示屏及時(shí)了解小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜內的小車(chē)動(dòng)觸頭發(fā)熱、電流情況，保證小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜的安全運行；同時(shí)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(guò)終端設備及時(shí)掌握小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜的工作狀況。

   數據接收處理器包括相互電連接的數據接收單元和數據處理單元。在該技術(shù)方案中，數據接收單元能夠接收溫度傳感器和電流傳感器測量的數據；數據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，如果電流在一定數值，溫度超出了設定的閾值，數據處理單元將判斷的指令以及接收的電流、溫度數據發(fā)送至通信模塊。

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

   數據處理單元與通信模塊相連。在該技術(shù)方案中，通信模塊能夠將數據處理單元處理后的指令、電流數據及溫度數據發(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(chē)動(dòng)觸頭套管上。綁扎式溫度傳感器可以根據小車(chē)觸頭套管的直徑大小進(jìn)行調節，便于溫度傳感器安裝在不同規格的小車(chē)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(chē)觸頭，得到更真實(shí)的溫度值，防止流經(jīng)小車(chē)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(chǎng)景

   電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、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(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

5、系統硬件配置

   溫度在線(xiàn)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(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

6、結語(yǔ)

   綜上所述，該無(wú)線(xiàn)測溫系統是一種用于小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統，通過(guò)電流傳感器及溫度傳感器的設置，反映出電流與溫度的關(guān)系，保證了測量小車(chē)觸頭的溫度數據及通過(guò)小車(chē)觸頭中的電流數據的準確性，通過(guò)數據接收處理器的設置可以判斷在電流值一定的情況下，溫度數據超出設定的閾值后，數據接收處理器將指令、溫度數據及電流數據發(fā)送至通信模塊，通信模塊將接收的數據發(fā)送至遠程報警單元，便于后臺遠程及時(shí)監控小車(chē)觸頭的工作情況，通過(guò)顯示屏的設置可以在小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜上及時(shí)顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時(shí)了解小車(chē)式開(kāi)關(guān)柜內小車(chē)動(dòng)觸頭的工作情況，保證了小車(chē)動(dòng)觸頭的安全運行。

【參考文獻】

[1]吳卓文,陳錦培,高壓小車(chē)開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計與實(shí)現。

[2]劉朝霞,高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計[J].電力安全技術(shù)2015（7）:40-42。

[3]王福凱,蘭西柱,董瑞琦,等,高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計[J].工礦自動(dòng)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：

魏健輝，現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司。