浅谈35kv高压开关柜无线测温技术的应用

程瑜

江苏安科瑞微电网研究院有限公司 江苏江阴 214432

摘要：近年来，随着电力市场需求的日益增长，高压开关柜作为电力系统的一个重要组成部分，其本身的安全性、经济性也受到了人们的重视。本文着重介绍了35 kV高压开关柜无线测温技术的应用情况﹐介绍了技术特点和工作原理﹐对其在35 kV高压开关柜中的应用进行归纳，以及变电站的无源无线测温系统的运用。

关键词：高压开关柜；无线测温；技术；应用

0引言

随着电力市场对电力系统的稳定需求不断增加，对电力供应的质量和可靠性提出了更高的要求。在开关柜中广泛采用新技术和新工艺，使得其可靠性得到了很大的提高。六氟化硫气体具有良好的绝缘和消弧特性，在高压开关设备中得到了广泛的应用。全封闭高压开关柜在长时间的高负载下，其散热性能不佳，容易导致热聚集，温度上升会对电器的绝缘性能产生不利影响；全封闭高压开关柜不能观测到动触点与柜内静接触位置连接、接地刀闸分合等情况，不能对柜体内部进行温度测量，存在较大的安全风险。通过对高压开关柜母排、电缆接头的直接监控，可以有效地降低由于过热引起的火灾和大面积停电。

1高压开关柜无线测温技术应用意义

电气设备的导电连接部位松动，刀闸、断路器接触松动等，都会使设备的温度聚集，使有关部件的性能恶化，从而引发导线的熔融、绝缘击穿，严重危害电网的安全。随着钢铁行业的不断发展，电力系统中的无人值守变电站将会得到广泛的应用，对变电站内的各种信息进行更严格的控制，但目前变电站对主要设备的温度监测还处在初级阶段，监控范围小，尤其是在密闭设备的温度监测中，更是处于“盲区”，技术水平也比较落后。目前变电所的高压设备基本上都是封闭的，传统的测温方法是不可能的，有些装置还采取了开孔和红外线测温器的方法，但其缺点是不能实时地收集和发送数据，对电力系统的绝缘性能有很高的要求；不能直接附着在高压带电装置上，精度低需要检查，还需要人在现场才能显现效果，并且只适合于裸露的设备；但是，该模型的安全性更高。传统的测温方法不能满足无人值守站对主要设备的关键位置进行实时监测的要求。研制一套适用范围广、安全可靠的测温系统，对重要设备（尤其是密闭装置）的关键部位的温度进行实时监控，及时发现故障隐患，采取措施，防止事故进一步扩大，对保障电网安全运行意义重大。

2 35kV高压开关柜常用几种无线测温传感器的原理及技术特点

2.1无线测温的原理

无线测温的基本原理是：温度传感器、红外温度传感器、半导体传感器、表面温度传感器、被动无线传感器。热敏传感器的工作原理是，电阻会随着温度的变化而变化，热敏电阻具有高度敏感性，可以很容易地检测温度变化；缺点是，阻值非线性，温度范围要求严格，元件易老化，使用寿命相对较短，随着使用年限的缩短，精度及稳定性也会下降。红外温度计的特点是无接触式，不干扰被测物的状态；其不足之处在于易受温度、湿度、辐射等因素的影响。半导体传感器的精度较高，但与热敏电阻器相比，它的反应时间要比热敏电阻器慢。半导体传感器的优势在于安全性高，识别精度高，可靠性更高。它的特点是采用被动式测温，采用无线传输的方法实现对开关柜温度的测量。其优点是体积较小，能耗低，但其缺点是讯号传送距离较短，而且传送时不能有障碍物，若受测点出现位移或振动，则会造成 相位的改变，从而影响温度测量的精度。被动式无线感应器采用能源采集方式来获取感应器所需的能源，完全摒弃了电池与常规 CT的取电方式。利用等电位法实现了高压电网的安全性和可靠性， EH技术具有循环、低能耗等特点，是未来无线温度测量的发展方向。

2.2该测温的技术特点

以下是关于无源无线温度测量系统的技术特性，即当母排经过交流电时，会在母排附近形成一个交变磁场，通常这些磁场会被释放到空气中，不能被利用。现在，主排上安装一条特殊的金属条，可以让磁场中的能量在金属条流动，而在金属条上则有一个线圈，当电流聚集到一起时， MCU就会释放出足够的电流，然后再用无线网络将热量传递给 MCU。该传感器采用了原来没用的交流磁场，为 MCU提供能量，使其在不使用电池的情况下，可以长时间的工作，使用寿命超过10年，而且基本不需要维修。与一般的硅钢片不同，硅钢片有一条直线，一次电流和二次电流呈线性关系，当一次电流很大时，二次电流会被大量的二次电流所吸收，导致二次电流无法释放，造成危险。被动式无线传感器采用一种特别的合金，其线性范围很小，磁场迅速达到饱和状态，初级电流持续上升，电流几乎没有增长，因此不需要加热设备，也不会产生涡流和温度上升。

被动式无线温度计，其体积较小，安装完毕后，其高度与动接触铁环之高﹐基本不会对绝缘距离产生任何影响，也不会影响电力装置的安全性。被动式无线感应器的讯号要从开关柜里传出，相隔二十多米远，所以没有在开关柜里装任何接收装置，也没有电缆﹐也没有天线﹐只有一个感应器，不会对电器安全产生任何影响。目前，我国的无线传感设备大多采用高精度的进口数码传感元件，且都是采用接触式温度测量。该传感器可以实现对发热点附近的温度变化的快速测量，使其精度得到很高的提高。所有的资料传送程序都要经过检查﹐检查出的资料都会被删除﹐所以不会由于传送而产生有误差的温度。小型，可装于动触头、静触头、变压器进出线、刀闸等部位，一种多个传感器的安装形式，为施工提供了便利。

所有的传感器的出厂号码都是固定的，只需要在接收设备上进行匹配就可以，不需要进行前期的协调，也不需要专门的维修和替换。传感系统使用频分多址技术，各感应器使用相同的波段进行通信，所需的波段不会超过20 ms。被动式无线测温传感器与其它环境温湿度、带电显示、抽湿机、位移传感器等传感器均使用相同的通讯架构，能共用一个单一的接收装置，方便日后安装传感器收集其它物理量。同时，还集成了 MODBUS、61850等标准接口，可实现与其它厂商的通信。为其它平台的资料分享，提供各种不同的分享界面。具有RS485通信接口、 TCP/IP通信接口、RS232通信接口。为方便用户使用﹐有多种显示接口﹐有分别的开关柜和变电所的显示接口，并能将全省的资料集中在伺服器上。被动式无线温度计克服了电池供电不足的缺点，提供更多的电力，所以即使是在较高的温度下，也可以进行数据传输。温度范围为-45~125摄氏度，目前厂商仍在不断改进，未来的温度将会在-45~135摄氏度之间。

3无源无线测温技术在35kV高压开关柜中的应用

为改善变电所的维修工作，及时解决高压开关柜的发热问题，选用了无线温度测量系统。按有关规定，结合实际条件对35 kV高压开关柜进行现场调试、测试，收集资料、分析，验证了该系统是可靠、实用的。采用无线测温技术后，变电所对35 kV高压开关柜的发热问题进行有效的控制，保证了供电安全。

4安科瑞无线测温系统

4.1系统结构

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485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很大地提高。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。

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、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。

温度在线监测系统结构图

4.2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。

4.3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。

名称	外形	型号	参数说明
系统组态软件		Acrel-2000/T	硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。 显示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约
智能通信管理机		Anet-2E4SM	通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。
无线测温集中采集设备		Acrel-2000T/A	壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200（单位mm）
		Acrel-2000T/B	硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm)
显示终端		ATP007 ATP010	DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。
		ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
		ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
智能温度巡检仪		ARTM-8	开孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温；
		ARTM-24	35MM导轨安装； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温；
无线收发器		ATC450-C	可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。
		ATC600	ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。
电池型无线测温传感器		ATE100M	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。
		ATE200	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
		ATE200P	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
CT取电型无线测温传感器		ATE400	CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。
有线温度传感器		PT100	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100
		NTC	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好

5结束语

总结了目前35 kV高压开关柜采用常规无线测温技术难以满足要求。而高压开关柜是电力系统中的关键设备，如果出现故障，将会造成很大的影响。35 kV高压开关柜使用无线测温技术进行测量，测量设备的安装方便、快速测量结果，更符合当今技术的快速发展。在未来的温度测量技术中，应结合实际的应用状况，对使用中出现的问题进行总结和研究，并在不断的学习和摸索中完善温度测量系统。

参考文献：

[1]马丽娜，杨阳.35 kV高压开关柜无线测温技术应用分析

[2]黄诗敏.35kV开关柜局部放电带电检测技术应用与仿真分析研究[D].北京:北京交通大学，2015.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版

[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10

审核编辑 黄宇