淺談高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的架構設計與應用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對高壓帶電設備溫度檢測的現狀，提出采用無線測溫技術的高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)，從結構、組成及數據傳輸方式三方面對該系統(tǒng)的設計進行分析，并說明該系統(tǒng)的應用情況及效果。

關鍵詞：高壓帶電設備；無線測溫；無線中繼站；測溫終端

1 高壓帶電設備溫度檢測現狀

高壓帶電設備的可靠性至關重要，如果缺陷（如接觸性能不良）或故障而致使其溫度升高，不及時診 斷并排除，會導致其長時間高溫運行，嚴重破壞絕 緣，大大縮短設備的正常運行壽命，并且會逐漸演變惡化形成事故或損壞設備，影響整個電力系統(tǒng)的正常工作。掌握電力設備的發(fā)熱規(guī)律及其溫升狀況， 分析各種設備缺陷及故障狀態(tài)，可有效診斷設備故障，因此，及時、準確的測出電力設備內部各個關鍵點的溫度具有重大意義。

目前高壓帶電設備溫度測量的方法主要有示溫蠟片、紅外測溫、光纖測溫和無線測溫４種。

ａ．示溫蠟片。在高壓設備的易過熱點貼上熔點不同（不同顏色）的示溫蠟片，通過觀察示溫蠟片的熔化情況來大致確定溫度范圍，該方法準確度低、可靠性差，不能進行定量測量，且需要人工操作，效率不高。

ｂ．紅外測溫。紅外測溫是用熱像儀或點溫儀對設備進行監(jiān)視，可以分為人工測量和自動測量，人工測量只能測量當時的情況，不能實現實時監(jiān)測和及時告警。自動測量可以實現在線監(jiān)測，但紅外 熱像儀自身結構復雜，價格昂貴、阻礙了其在電力系 統(tǒng)的大規(guī)模應用。

ｃ．光纖測溫。光纖溫度在線測溫采用光纖傳遞信號，但其運行不穩(wěn)定，因為傳感器與測溫儀表之間采用光纖連接，檢修時光纜很容易被碰斷；安裝工作量大，需要改造原有設備；隔離高壓的光纖表面可能受到污染，將導致光纖沿面放電。

ｄ．無線測溫。無線測溫即建立無線傳感器網絡，由安裝在監(jiān)測區(qū)域內大量的傳感器節(jié)點組成，通 過無線通信方式形成的一個網絡系統(tǒng)，采集網絡覆 蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。目前， 無線信號的電磁兼容性和測溫節(jié)點的低功耗性能需進一步完善。

2 高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的設計

高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)（簡稱“無線測溫系統(tǒng)”）采用無線射頻模塊與數字溫度傳感器相結合的方法，將溫度傳感器安裝到變電站設備的帶電接頭觸點上，在線實時測量該點溫度后，以無線方式將數據上傳至電力自動化系統(tǒng)集中顯示，使值班人員在遠端監(jiān)視設備溫度，了解設備運行狀態(tài)。當被測點溫度超過預先設定的閾值時，系統(tǒng)發(fā)出超溫報警信號，提醒及時消除事故隱患。該系統(tǒng)可在常規(guī)變電站、箱式變電站、小型化變電站等處使用。

2.1 系統(tǒng)結構

組建無線測溫系統(tǒng)需要2個環(huán)節(jié)，一是測溫節(jié)點的設計，另一個是網絡的構成。無線測溫系統(tǒng)采用先將采集數據匯聚于一點，再通過遠程（GPRS／CDMA）無線網絡或串行通信的方式傳輸到監(jiān)控端，實現無線 傳輸的技術方案。無線測溫系統(tǒng)結構見圖1。

圖1 無線測溫系統(tǒng)結構

2.2 系統(tǒng)組成

無線測溫系統(tǒng)包括3個設備部分及1套后臺軟件，分別為無線匯集終端、無線測溫終端、無線中繼站、測溫后臺軟件，實現對電力設備的在線溫度測量和預警。

2.2.1 無線測溫終端

無線測溫終端由高能電池供電，減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數字方式工作，溫度傳感器附著在發(fā)熱點（高壓母線或高壓開關）上，并由一段數據線和無線數據變換器相連接，該終端附著在高壓母線或高壓開關上并長期工作在高壓環(huán)境中。測溫終端具有高絕緣性和抗電磁場干擾性，實時監(jiān)測并可根據需要向控制中心傳輸溫度數據。相關技術指標為：輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥200m（無阻擋）；發(fā)射電流17mA；電源為可自供電、可更換的電池，電池壽命3～5年；測量溫度為－40～125℃；測量精度±0.5℃；防水級別為IP68；符合（GB／T2423.1）《電工電子產品環(huán)境試驗 第1部分：試驗方法 試驗A：低溫》和GB／T2423.2《電工電子產品環(huán)境試驗 第2部分：試驗方法 試驗B：高溫》的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)及戶外使用。

2.2.2 無線匯集終端

無線匯集終端在某頻段上實現和多個無線測溫終端采集溫度數據的通信，并可以向無線測溫終端發(fā)送指令，在整個測溫系統(tǒng)中處于核心地位，由它來調節(jié)整個無線通信網絡。通過連接計算機上的設置軟件實現對無線測溫終端的設置，一般安裝在主控室。相關技術指標為：可多組（32組）管理無線測溫終端；與計算機接口采用RS485標準串口；利用電源適配器AC220供電；輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥200m（無阻擋）；符合GB／T2423.1和GB／T2423.2的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)使用。

2.2.3 無線中繼站

無線中繼站采用無線防沖突組網技術，可多通道雙向傳輸數據，分組管理無線測溫終端，實現數據中轉，在此基礎上可添加CDMA/GPRS模塊。是否使用無線中繼站由各測溫終端所處的物理位置決定，測溫終端與無線匯集終端處于有效的通信距離內，則無須增加無線中繼站。無線匯集終端安裝在控制中心，控制中心計算機軟件實時監(jiān)控每個點溫度的變化，掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進而做出正確的決策。相關技術參數如下：可多組（32組）管理無線測溫終端；利用電源適配器 AC220供電或電池供電；通過配套設施可以快捷、輕松建立不受地形隔間限制的網絡；輸出功率≤10mW；遠傳輸距離≥300m（可視距離）；發(fā)射電流17mA。

2.2.4 測溫后臺軟件

測溫后臺軟件具備高溫報警功能，當被測設備溫度達到設定溫度后，后臺軟件立即彈出被監(jiān)測廠站一次接線圖及文字報警條，并進行聲音告警。系 統(tǒng)自動檢測每個測溫點的變化過程，當出現某個測 點溫度持續(xù)升高時，系統(tǒng)自動進行聲音及文字提示。所有測點的溫度曲線都可以日曲線、月曲線、年曲線 的方式顯示，并且可以采用平均溫度、溫度、低 溫度等統(tǒng)計方式顯示，見圖2，溫度變化趨勢一目了 然；各種溫度數據（包括統(tǒng)計數據）都可以生成報表。

圖2 測溫軟件溫度曲線顯示界面示意

2.3 數據傳輸方式

無線測溫終端把溫度信號通過無線的方式直接或經過無線中繼站傳送給無線匯集終端，無線匯集終端可以接收多個測溫終端發(fā)送來的數據。如果在無人值守、實際測溫地點遠離控制中心的環(huán)境中，無線匯集終端可以把接收到的數據通過RS232傳送給GPRS／CDMA，再由GPRS／CDMA把數據傳送到控制中心的計算機，由計算機的后臺軟件進行處理。

3 無線測溫系統(tǒng)應用分析

河北某公司自2009年1月在臺城、蓮花2座無人值班變電站使用了無線測溫系統(tǒng)，主要監(jiān)測主變壓器高低壓側觸頭、母聯(lián)斷路器觸點、進線斷路器觸點、出線斷路器及電纜接頭觸點等位置的溫度，無線測溫終端在高壓帶電設備上的安裝示意見圖3。

 圖3 無線測溫終端安裝示意

無線測溫系統(tǒng)通過該公司千兆網絡將實時溫度數據上傳到調度和監(jiān)控中心，由后臺系統(tǒng)進行處理、存儲歷史數據，并根據越限情況發(fā)出警報。截止目前，該系統(tǒng)在線運行正常、狀況良好，可為狀態(tài)檢修 提供數據支持與依據。

常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較見表1。

表1 常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較

通過應用和比較可知，無線測溫系統(tǒng)可以對主變壓器高低壓側隔離開關觸點、變壓器穿墻套管固定位置、小推車開關內部觸點、電纜接頭觸點等部位 進行“*”監(jiān)測，由于通信中傳送的是數字信號， 所以它不會受到電磁干擾的影響，也不會對電氣設 備的正常運行帶來任何負面影響 ，可以在高電壓、強輻射和強電磁干擾等惡劣環(huán)境下運行。系統(tǒng)擴展 性好，采用短程無線網絡的方式，多個測溫終端分布 在無線匯集終端的周圍，測溫終端小巧輕便，可在狹 小空間內應用，在有效的通信范圍內可以添加、刪 除、移動測溫終端。

4 安科瑞ARTM系列電氣接點在線測溫產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖4結構圖）。這樣，運行值班人員可以隨時查閱柜內各個接點的實時溫度，隨時掌握各接點的運行情況，及時發(fā)現和排除故障，大大提高電網的運行可靠性和經濟性。

圖4 結構圖

4.1安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

4.2安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

4.3安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現場情況。

5 結束語

無線測溫系統(tǒng)與其他測溫方法相比，具有無需布線、測溫元件安裝方便、幾乎任何關鍵點都可以使 用、信息準確及時、報警系統(tǒng)良好等優(yōu)點。該系統(tǒng)可實現電力系統(tǒng)中關鍵部位溫度的在線監(jiān)測，輔助運行人員及時發(fā)現設備異常，可為狀態(tài)檢修提供依據， 改變了電力系統(tǒng)的檢修模式，使運行人員及時掌握設備運行情況，可在一定程度上提高供電系統(tǒng)的可靠性。

【參考文獻】

[1] 劉強.電網設備溫度無線監(jiān)測[D].蘇州：蘇州大學碩士學位論文.2005

[2] 呂鑫，吳瑞春，申潔.高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的設計與應用.[J]

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊  2019.11版