變電站開關柜溫度在線監測系統設計

變電站高壓開關柜設備在長期運行過程中，開關柜內的觸點、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動導致在正常負荷下發熱現象，如果不能對這些部位的溫度進行有效的檢測，可能會導致整個變電站運行的癱瘓。如何設計一個實用的溫度檢測系統對開關柜進行快速、準確的檢測，是需要研究的重要課題。

1國內外研究現狀及發展趨勢

1.1紅外成像測溫

紅外成像測溫最早出現在上世紀的瑞典，因其具有先天的優勢，所以一步一步得到較快的發展。紅外成像的原理簡單說就是任何物體其本身都是有溫度，它能向外界發出熱量，而向外發出熱量的強弱可以定性的將其描繪出來，可以通過不同顏色進行繪制，從而簡單易見，直觀發現。我們現在所常見的紅外成像儀就是根據這個原理制成的，用在開關柜上就是根據柜內設備所散出的熱量的強度，然后通過專門的儀器繪制成圖，就能非常直觀的觀測到熱量的強度而不用人為的打開開關柜，減少不必要的損失的人員潛在危險。在我國電力這個大的行業中，紅外成像技術首先被引進，也得到比較廣泛的推崇和應用。

紅外成像技術的技術特點是在監測電氣設備的時候無需使設備停止運行就能檢測到溫度，這個有點很適合用于變電站，但是紅外成像技術也有它不好的一面。紅外技術的精髓是發出不同的紅外線，然而紅外線的穿透能力不是很強，尤在遇到一些硬質物體或者厚的鐵片的時候，其能力大大降低，而且紅外線受外界環境的的依賴也很大，不同的環境也將導致溫度信息傳遞的正確性。因此綜上所述，紅外測量技術用在變電站開關柜中不能做出比較準確的預測，精確度不高。

1.2光纖測溫

近幾十年來，光纖技術從它的一出現就發展快速，光纖技術的優點己不用過多介紹，它相對于電纜來說進步非常大，體積小，附加的保護投入措施也很小，并且因為它沒有電流干擾，全程都是通過光的形式傳播，抗電磁干擾能力非常強，這一點來說就非常適合在變電站等強磁場的場合下使用。光纖測溫因其優點比紅外測溫更較常用于開關柜中，目前用在開關柜的場合主要分兩種：一種是將光纖作為溫度傳感器來使用；一種是將光纖作為信號傳輸介質。由于光纖傳遞的種種優點，如果將光纖傳遞作為開關柜傳感器與主站之間的傳輸媒介，用半導體溫度傳感器作為柜內測量溫度的探頭，這種方法也有缺陷，首先光纖傳遞費用昂貴，適合遠距離傳輸，而變電站開關柜與主站之間距離太短，而且與監控中心最遠不過幾十公里，另外，半導體溫度傳感器探頭的抗干擾能力太差無法適應變電站惡劣的環境也是次方法被不用的原因之一。

1.3無線測溫

通常分為有源和無源測溫，有源無線測溫的簡單測量原理是將溫度傳感器（多為DS18B20）放在被檢測的部件上，采集部件的溫度信息（為數字信號），然后溫度信號以無線通信的方式進行傳輸，其供電方式則是電池供電。缺點是傳感器探頭及無線發射電路采用電池或小電流互感器取能供電，電池存在使用壽命短和更換困難的問題，互感取能存在電流大小不易控制和安裝困難問題。

2高壓開關柜測溫的特點

在線測溫方式高壓開關柜有規定，與普通的測溫有區別：

（1）溫裝置的高壓絕緣問題突出

高壓開關柜通過柜體內測溫裝置和柜體外溫度接收裝置，把測得高壓溫度數據輸送出去，同時柜體內外的高、低壓側會產生高壓絕緣現象，有效的隔離措施必須采取，否則就會產生絕緣故障。

（2）開關柜的原有功能不受測溫裝置影響

開關柜是由斷路器和柜體組成，可操作性的設備是斷路器，所以斷路器等可操作設備的操作功能不受測溫設備的影響。

（3）紅外測溫等方法不能適應現場的開關柜結構

開關柜是由斷路器和柜體組成，絕緣熱縮包封是針對柜體內導電部位，減少小型物種進入柜內引起短路和柜內受潮污垢等造成閃污現象。

（4）高壓開關柜的運行環境的嚴重電磁干擾

柜內的電壓、電流以及變電站內都會不可避免的產生巨大的電磁輻射，削弱測溫系統的測溫性能，測溫數據的準確性會降低。應采取減小誤差的方式和適當的校驗措施來提高溫度數據的準確性。

3 SAW測溫系統的硬件設計

3.1溫度數據采集

通常安裝在被測部位的表面，像高壓開關柜內的母線連接接頭和裸露觸點等位置。用于溫度信號的感應和輸送的無線溫度采集器，其結構包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線收發電路。

溫度采集器是測量柜內溫度的最下層的構件，使用saw用于檢測溫度信息，無線發射電路使用433MHz的發射電磁波，站內開關柜內的SAW傳感器傳感頭接收到后轉換為自己的能量，并將測量到的觸點溫度調制到電磁波上，并以無線方式將調制數據傳到采集終端上，實現被測點溫度信息的實時采集，從而實現非接觸溫度測量。

3.2系統通信實現

通信管理裝置，它是連接各個部件的中間橋梁，將開關柜內溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調度大廳的信息監控中心，通信系統是否安全快捷也是判斷這個系統整體是否有效的原因之一。信息通信系統可實現對各種不同種類的開關柜內溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數據采集以及數據處理，將檢測結果和設備狀態通過專門搭建的用于電網通信的內部專網傳送到站控中心和遠方的監控和數據采集管理系統。

隨著現代社會工業分布式控制系統的發展，RS-485通訊作為一種抗電氣噪聲干擾能力更強，能夠傳輸更遠距離的數字通信方式應運而生。RS-485標準在用于變電站與調度中心控制室的傳輸距離上是合理的，并且還具有傳輸速率快和抗干擾能力強等幾大優勢，通常被用作為一種相對經濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠的通信平臺。

3.3SAW測溫系統的軟件設計

基于SAW的溫度監測系統的軟件設計部分，軟件可直接測試以及監測溫度系統的工作情況，仿真后可直接在電腦上顯示。此溫度監測系統的系統前期是系統自檢，看看系統是否能可靠運行，隨后再進行溫度的監測，主要分為兩部分，一部分為溫度的檢測，首先是溫度數據采集；信號傳輸；數據分析處理和診斷。溫度數據采集是由安裝在開關柜內高壓設備關鍵測溫點上的聲表面波傳感器收集的第一手溫度數據，然后將檢測到的溫度數據通過無線方式傳輸到采集終端，進行計算與設定的溫度進行比較，看是否超溫。另二部分則為溫度系統的警報，如果超溫，則報警系統通過報警裝置報警，以通知相關工作人員及時處理，同時將超溫數據打印出來，以供參考。不管是超溫還是沒有超溫，都要在調度監控中心的屏幕上看到。

4安科瑞無線測溫系統

4.1系統結構

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了極大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

溫度在線監測系統結構圖

4.2系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

.       溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

.       運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

.       實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

.       歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。

4.3系統硬件配置

溫度在線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關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

5結語

變電站開關柜是保證輸送電壓的關鍵。有句俗話叫做“工欲善其事，必先利其器"，材料的發展水平是器件的關鍵，就目前而言，新型敏感材料的研究方向包括薄膜材料和復合壓電材料的研究等，因此為了提高傳感器在實際測量中的精度及敏感度，需要提高制作工藝。

參考文獻：

[1]孫磊.賈振威.變電站開關柜內設備無線測溫系統研究

[2]廖雪松.高壓開關柜在線溫度監測系統的研究「D].南昌大學，2007.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10