高壓開關柜無線測溫系統設計

劉朝霞

(國家發展和改革委員會大連培訓中心，遼寧 大連 116000)

高壓開關柜無線測溫系統設計

劉朝霞

(國家發展和改革委員會大連培訓中心，遼寧 大連 116000)

在對現有高壓開關柜溫度檢測技術進行比較的基礎上，提出了高壓開關柜無線測溫系統的設計方案，并介紹了該無線測溫系統的構成以及各部分的設計原理，同時給出了采取的絕緣和抗電磁干擾措施，從而實現了對高壓開關柜溫度的可靠監測。

高壓開關柜；無線測溫系統；無線溫度傳感器

0 引言

高壓開關柜是發電廠和變電站的重要電器設備，其內部通常有6組動靜觸頭和多組母排接頭。由于這些連接部件長期處于高電壓、大電流的工作狀態下，只要其接觸電阻存在微小的增大，就將引起觸頭或接頭處溫度升高。如果溫升沒有得到及時處理，將會產生惡性循環，并最終導致開關柜燒毀，甚至造成巨大的經濟損失。因此，對高壓開關柜中觸頭和接頭的溫度進行實時監測，對于保障開關柜的安全運行，乃至電網的正常運行都具有十分重要的意義。

1 高壓開關柜溫度在線檢測技術比較

在高電壓、大電流環境下，要實現高壓開關柜溫度的在線監測，首先需要解決隔離和抗強電磁干擾的難題。目前用于開關觸頭溫度在線監測的技術主要有涂層變色測溫、紅外測溫、光纖測溫。

(1)?涂層變色測溫技術。即在母排接頭和開關觸點的表面涂一層會隨溫度變化而改變顏色的材料(如感溫蠟)，通過觀察其顏色變化來大致確定溫度范圍。這種方法準確度低、可讀性差，不能進行定量和實時測量，并且對員工的技術水平要求高。

(2)?紅外測溫技術。即由操作人員定時手持紅外測量儀對準母排接頭和開關觸點進行測量。這種方法對在0～200?℃的溫度值測量時誤差小、準確度高；但是仍然無法做到實時測量，且光學器件在高電壓場合使用時較不便，同時價格高。

(3)?光纖測溫技術。這種方法具體實現又可分為2種：一種是采用光纖光柵溫度傳感器；另一種是僅利用光纖傳輸溫度信號。兩者都利用了光纖耐溫、抗腐蝕、抗電磁干擾等優點。這種方法的最大缺陷是被測帶電體與測量設備需要通過光纖連接，因此不能解決污閃的問題；此外，嚴格地說該技術還存在安全性問題。

可見以上3種方法均存在不足之處。而采用無線通信技術使溫度變送器與數據集中顯示器之間實現無線數據傳輸，可在不改變開關柜內部物理結構的基礎上，很好地解決隔離的問題；同時采用低功耗設計和屏蔽技術，可解決溫度變送器使用壽命和抗強電磁干擾的問題。因此，應考慮設計無線測溫系統，以解決高壓設備溫度在線監測問題。

2 高壓開關柜無線測溫系統設計原理

2.1 系統構成

該無線測溫系統由若干無線溫度傳感器、無線溫度監測儀、監控中心的上位機和通信鏈路4部分組成。無線溫度傳感器貼附于母排接頭表面和接近開關觸頭的觸臂上，通過無線通信方式將溫度數據傳送給無線溫度監測儀；無線溫度監測儀安裝于開關柜面板上，收集來自各無線溫度傳感器的溫度數據并進行處理、存儲、顯示和實現相應的報警控制功能。所有無線溫度監測儀通過RS485總線與監控中心的上位機通信，構成分布式監測系統。

2.2 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器用來測量帶電物體表面的溫度，如高壓開關柜內的裸露觸點和母排接頭的運行溫度。無線溫度傳感器由溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線調制接口和供電電路組成，并通過2.4?G無線網絡將溫度信號發送到無線溫度監測儀。

無線溫度傳感器有一個側面是感溫面，傳感器測到的溫度就是該感溫面的溫度，因此為了準確測量物體表面的溫度，應保證此感溫面與被測物體的表面緊密接觸。在安裝無線溫度傳感器前，首先要找到傳感器的測溫面，然后將該面貼到被測物體表面，并用尼龍扎帶將其固定在被測物體上。根據實際情況的不同，也可采用粘結或其他方法固定。

在開關觸頭溫度測量環境下，無線溫度傳感器性能指標要求如下：

(1)?溫度測量范圍：-55～+125?℃；

(2)?精度：±0.5?℃(-20～+80?℃)；

(3)?分辨率：0.062?5?℃；

(4)?溫度測量周期：約75?s；

(5)?供電：采用AA?3.6?V鋰電池，工作時間大于5年；

(6)?射頻標準：IEEE802.15.4；

(7)?外形尺寸：56?mm×29?mm×18?mm。

無線溫度傳感器因體積小巧，最適用于開關柜溫度熱接點測量；它可測量開關柜內的觸頭、引出線電纜接頭和母線連接點的運行溫度。

2.3 無線溫度監測儀

無線溫度監測儀主要完成對各溫度傳感器的數據收集、處理、存儲、LCD顯示、報警信號輸出和與監控中心通信等功能。其通過RS485總線與監控中心的PC機通信；LCD人機交互則用于顯示當前各無線傳感器的溫度數據信息和無線溫度監測儀的重要信息。現場用戶可執行輸入、輸出操作，如無線傳感器信息查詢和設置，無線溫度監測儀運行日志查詢和配置等。

2.4 溫度監測軟件

無線測溫系統的溫度監控軟件主程序流程如圖1所示，主程序運行1次循環后進入休眠，采用單片機硬件“看門狗”喚醒機制1?s喚醒1次，然后對看門狗復位次數進行計數，由計數值可得到時間的累加，在一定時間間隔內(約5?s)啟動溫度傳感器，采集并傳送溫度數據。

另外，溫度監測軟件可實現溫度實時顯示、歷史數據記錄和分析、報警狀態記錄等功能。幫助運行人員監測和分析開關柜觸點的發熱情況，預測出故障發生的部位，保證高壓開關柜設備的安全運行。

圖1 溫度檢測軟件主程序

2.5 抗電磁干擾措施

由于無線溫度傳感器貼附于母排接頭表面和接近開關觸頭的觸臂上，當母排或觸臂上有大電流流過時，會形成較大的電磁場，對傳感器造成很大的電磁干擾，因此，必須采取一定的屏蔽措施來保證無線傳感器的可靠運行。系統設計中，除天線外接外，將其他所有電路均包裝于一個屏蔽盒內，以最大程度地減少電磁輻射對傳感器的干擾。無線溫度傳感器貼附在導熱片上，導熱片一面貼于被測量的監測點上，屏蔽盒內其余空間全部灌膠；同時為了提高絕緣性能，使用熱縮管包裹傳感器。通過采取上述措施，很好地解決了高低壓隔離、降低功耗和抗強電磁干擾的技術難題。

3 結束語

高壓開關柜等電氣設備部件的傳統溫度檢測方法，由于無法解決開關觸點和母線接點的高電壓測量受環境影響的問題，工作可靠性較差。由此可能導致電氣設備部件因超溫發生故障，甚至造成重大經濟損失。而無線測溫系統，采用先進傳感技術、數字識別技術、無線通訊技術、自動化控制技術、抗電磁干擾設計，有效地解決了上述問題，可廣泛應用于高電壓環境的溫度在線監測領域，實現現場和遠程智能化在線檢測、監控和預警。另外，本系統在可靠性、擴展性、成本和安裝維護等方面均具有突出優勢，已在電力行業得到了應用。

1?郭紅兵．間歇式電廠高壓開關柜觸頭溫度無線采集模塊設計[J]．電力學報，2007(3).

2?王松寧．6?kV高壓開關柜觸頭溫度檢測系統[J]．科技資訊，2010(2).

3?何海濤，姚國珍．光纖光柵解調技術在電力系統中的應用[J]．電力系統通信，2010(6).

2015-02-10。

劉朝霞(1962-)，女，工程師，主要從事信息化管理及控制系統設計工作，email：liu1648@163.com。