李春逸
安科瑞电气股份有限公司，上海 嘉定 201801
摘要：本文结合电网系统中封闭式 10kV 高压开关柜的工程应用需求，提出新型无源无线温度传感方法和开关柜无线测温智能监控系统的监测技术，末尾结合变电站的挂网测试算例说明监控系统的安装工艺和应用效果。该系统的应用可有效提高电网运行部门的设备巡检自动化水平，加强电网设备的安全管控，同时具有广泛的工程应用前景。
关键词:无线测温；在线监测；开关柜；传感器技术
一、引言
如今，对变电站设备关键部位的温度监测无法实现全自动化监控，部分温度监测装置十分落后，部分温度监测装置是定制完成的，用途相对狭窄。另外，当前并没有对测温装置制定统一的规范，通用性不强，要实现电器元件的替换难度较高。因此，为了实现温度在线监测，就需要结合公司现有的电站设备，对变电站关键部位温度监测需求进行分析，研制出满足变电站全自动化温度监测的系统。
二、封闭高压开关柜在线测温技术分析
变电站设备温度监测是指通过监测设备对变电站关键部件的温度进行实时监测，以了解设备的温度变化情况，并做好实时预警工作，以减少高压开关柜运行事故的发生。因此，实时在线测温具有以下两种功能：一是实时监测温度，了解设备运行状态，并做好应急处理，减少事故发生；二是实现无人化的 24 小时实时监控，减少人力消耗，降低运行成本。高压开关柜在测温技术上具有一定的先进性，运行安全可靠。装置需要在开关柜内长期稳定运行，对于系统和装置都需要达到兼容性和经济性的要求，方便系统后期的拓展。以上几方面的要求需要对测温环境进行分析，对测温方法及时进行对比分析，找到适合现场环境的测温方法。
表 1 各种不同测温方式比较表
比较项目 | 各种不同测温方式比较 | ||||
测温 | 红外 | 光纤光栅 | 有源无线测 | 无源无线 | |
采集方式 | 贴片化 | 红外非 | 机械传 | 电子传 | 非接触声 |
高压侧取 | -- | -- | -- | 困难 | -- |
观测局 | 只可 | 只可 | 受空间 | 无局限 | 无局限 |
温度读取 | 目测 | 红外 | 光纤 | 无线 | 无线 |
在线监测 | 否 | 否 | 是 | 是 | 是 |
智能报警 | 无 | 无 | 有 | 有 | 有,两级 |
安装难度 | 易 | -- | 难 | 易 | 易 |
维护难易 | 难 | -- | 较难 | 中等 | 简易 |
安全程度 | 高 | 高 | 低 | 中等,存在 | 高 |
测温精度 | 低 | 中 | 高 | 高 | 高 |
可靠性 | 低 | 中 | 中 | 中 | 高 |
表1可以看出，采用无源无线测温技术，使 10kV 配网设备接点温度能够得到实时在线的监测。采用无线传感器能够实现高低压电子元器件的物理绝缘，有效避免电子元器件之间的光波产生。另外，无线传感器的安装十分便捷，无需通信电线，后期维护简单。无源无线测温方式弥补了其他传感方式的缺陷，是电力系统温度传感技术上一个新的突破，具有很强的技术创新性。
所以，本系统拟定采用无源无线的声表面波温度传感器，减少线路改装，提升安装和维护效率。
三、10kV 开关柜无源无线测温系统框架分析
本系统拟定采用多变电站解决应用，高压设备无源无线温度实时监测和预警系统主要由采集设备和软件系统组成，系统采用树状网络架构。各级变电站的高压室为第一层，在高压室中的每个封闭式开关柜内安装无源无线温度传感采集设备，主要包含 6 个无源无线温度传感器（感温装置）和 1个无线测温终端机（终端设备）。其中 6 个传感器分别安装在易发热的接触点位置，如出线接头、梅花触头、进线接头等，终端机安装在开关柜内的低压室内。变电站为第二层，在每个变电站设置 1 个无线测温前置机，收集来自各采集终端机设备的数据，并将数据打包通过 IP 网络发送至巡检中心。巡检中心为第三层，每个巡检中心需配置 1 台监控服务器，用来显示并处理各变电站内高压设备的温度数据。如有需要，各巡检中心还可将温度信号发送至电力公司的主站服务器。系统的主站服务为第四层，可以为后台服务人员提供准确的温度信息，方便及时作出安排处理。
铠装开关柜电气设备无源无线测温系统主要实现温度的实时监测，能够实现预警和报警双重设置，防范于未然，操作简单合理，数据显示丰富全面，其以下功能主要通过第三
和第四层来实现：
（1）可以全天候监测高压开关柜的温度变化，及时作出缺陷判断。
（2）可以保存电气设备的历史温度值，方便后期对比和判断。
（3）可以进行温度数据的统计分析并绘制图表，方便查看。
（4）可以对温度值进行高温预警，防范监测。
四、无源无线温度监测的应用
1 、总体工程应用思路
本文设计的无线温度监测系统将直接采用温度传感器去采集关键设备上的温度，并通过无线网络传递给系统的核心部件。将这些核心部件的温度收集完成后，系统设定算法对温度数据进行统计分析，并按照各个零部件预设的温度设置实时报警等功能。系统将分析得出的相关结论传递给设备运维部门，设备运维部门将根据系统传递的结果进行综合分析，并且制定设备运维管理措施，减少设备故障次数和时间，提高配电运行效率。。
2 、前期工程安装
变电站总共有 8 个开关柜，本次设计的无线温度监测系统包括两部分，一部分为传感器，每个开关柜设有 12 个温控监测点，合计 96 个温度传感器。另一部分为数据组网，温度监测装置 16 台、监测主机 2 台。将前期施工流程划分为 7 个步骤，如表 2 所示，从施工前的碰头会开始，到前期准备工作、安装、调试、测试、到竣工验收，都有较为明确的施工标准，以确保无源无线温度检测系统安装完成。
表 2 施工流程
步骤 | 内容 | 备注 |
第一步 | 组织施工人员，分配施工人员的工作，技术交底，明确具体的工作职责 | |
第二步 | 查看现场，了解柜体情况，明确打孔位置及距离，柜门及走线 | |
第三步 | 确定温度传感器的安装位置。每相 4 个，断路器两侧各 1 个，线路侧刀闸及出线电缆头各 1 个 | 0kV 相间气距离125mm |
第四步 | 安装传感器。首先，用航空胶将传感器壳体固定在母排上。然后，2 小时后用扎带或者绝缘带固定，防止脱落 | |
第五步 | 安装完毕，测试传感器的温度是否与实 时温度一致 | |
第六步 | 布主缆，将监测主机电源线缆，信号线缆串联并到主缆 | |
第七步 | 测试分析仪软件配置参数，编写组态软件，系统整体调试，试运行，组织验收 |
五、效益分析
（1）无源无线测温系统的投入使用，可以对开关柜的温度进行 7*24h 不间断的实时监测，及时发送准确的监测数据，防止因为电气设备温度过高而造成电网故障。另外，该系统提供实时报警功能，可以实现防范于未然，避免不可预估的损失产生。
（2）无源无线测温系统的使用将之前的“被动检修”改变成为“主动检修”。可以为状态检修提供事前的数据准备，不断提高电网的安全运行水平和供电可靠性。当前供电公司已经对部分变电站的开关柜进行温度在线监测，实现对“状态检修”提供科学的数据支撑和依据。通过该系统的投入使用也可以提高巡检效率，减少运维人员工作量，提升供电运行效率。
（3）本系统投入运行后，就可以不用安排检修人员进行定期现场维护，并且能够实时了解设备运行温度，发现温度变化即刻预警，可以减少设备运行故障发生次数和时间，提高供电质量，为电力企业创造更多的经济效益，也能够保证用电企业的正常运转。假设本系统投入使用后，每年减少 1 次停电检修，检修时间为 8h，出线间隔平均 300A 负荷电流（约 5MW），则本项目 8 个间隔，每年可以多供电8*5MW*8h=320MWh，以每 kWh 电量价值 0.6 元计算，则可为企业多创造效益约 19.2 万元，刚才计算的仅仅是本系统带来的经济效益。在实际生活生产过程中，本系统还能够减少停电次数，提高供电质量，为供电企业赢得较好的口碑和效益。
六、安科瑞温度在线监测系统解决方案
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****Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。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。
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。
3、系统结构
温度在线监测系统结构图
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：
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。
温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。
运行报表：查询及打印各测温点指定时间的温度数据。
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。
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。
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。
七、结语
本文结合公司目前的电气设备状况，并且从开关柜测温的传感器技术、供能技术、通信技术等几个角度进行分析，确定采用无源无线在线监测系统。本文主要从研究开关柜的内部结构进行分析，对测温方式进行对比分析，制定符合高压开关柜的测温方式并进行现场安装测试，实施效果良好。本文就目前的推广度进行了分析，认为通过系统的安全运行可以带来一定的经济效益和社会效益。