10 kV高壓開關柜無線測溫技術分析

薛文生

廈門ABB開關有限公司 福建廈門 361101

伴隨著我國經濟的繁榮，人們對供電質的要求也變得越來越高，10 kV高壓開關柜作為配電系統中的重要組成部分，人們對其安全性和穩定性有著更嚴苛的要求。將無線測溫技術應用在10 kV高壓開關柜中，是電力行業應用高新技術的重要體現。

這里的“10 kV高壓開關柜”指的是使用環境在10 kV電壓環境范圍內的開關柜。其中高壓開關柜主要包含三個部分：柜體材料、功能單元和柜內元件設備。這三者共同構建而形成的配電裝置。對其進行測溫則能夠更好地了解配電系統的穩定性和安全性，避免高壓開關柜出現溫度過高而影響其性能和安全。

筆者在調查中發現，很多工作人員并沒有正確地使用對應的無線測溫技術，導致測出來的溫度并不準確，從而無法讓工作人員對問題進行全面的分析，導致一系列安全事故的發生，甚至嚴重危害到工作人員的生命安全。因此，做好10 kV高壓開關柜無線測溫技術的分析工作非常重要。

1 常用的幾種無線測溫傳感器的工作原理

我們依據無線測溫的傳感元器件的工作原理進行劃分，主要將其劃分成以下5種：一是熱敏電阻溫度傳感器；二是紅外測溫傳感器；三是半導體傳感器；四是聲表面溫度傳感器；五是無源無線溫度傳感器。下面筆者將對這些無線傳感器一一進行介紹[1]。

1.1 熱敏電阻溫度傳感器

熱敏電阻傳感器的工作原理主要是根據電阻伴隨著溫度的改變而出現一定的變化，在這一變化的過程中主要由電阻值的大小來體現出高壓開關柜中溫度的情況。

對于這一類型的傳感器來說，其優勢集中在靈敏度上。而這一類傳感器的缺點是，相應的電阻數值和溫度之間的存在關系相對較弱，很容易使得元器件出現老化的情況，不利于元器件的長久使用。且伴隨著時間的推移，其在溫度測量的精準程度上會出現一定的偏差。

1.2 紅外測溫傳感器

紅外測溫傳感器的工作原理主要是利用黑體輻射的定律。這一定律指的是只要物體處在0以上都將生成紅外線。對于這一類型的測溫傳感器來說，由于是通過非接觸的形式來進行測量的，即被測量物體在進行測量時并不需要進行直接接觸，因此不用對其進行絕緣處理。這類傳感器的缺點是，很容易在溫度測量的途中受到其他因素的干擾，如被測物體的溫度和濕度等。

1.3 半導體傳感器

半導體傳感器的工作原理主要是將PN作為測溫的主體，原因是PN的大小會受到溫度影響而產生變化，通過使用恒定的電流大小，對輸出電流進行檢測，從而確定出高壓開關柜內的溫度高低。對于這一類型的測溫傳感器來說，其在精準度上有著較高的水平，但是其在靈敏性上就稍遜于熱敏電阻，且其在反饋時間上也不如熱敏電阻快。這一類型的電阻主要具備不易老化和擁有較長的使用壽命的優勢。

1.4 聲表面溫度傳感器

聲表面傳感器最主要的特征在于其測溫方式上，其主要采用無源測量的方式，并借助無線傳輸的形式來實現溫度的測量。對于這一類型的測溫傳感器來說，其優點是擁有小巧的體積，且可以不用電源來進行工作。其缺點是難以實現無線信號的長距離傳輸，或者在傳輸的過程中遇到障礙，測溫部位出現偏移等問題時，會引起測溫數據的不準確。

1.5 無源無線溫度傳感器

無源無線溫度傳感器主要是利用收集能量的形式讓傳感器得以驅動，它改變了以往電池驅動傳感器的傳統方式。由于這一傳感器主要是利用等電位的方法來對溫度進行測量，因此使得高壓電力系統在運行過程中變得安全起來，且其收集能量的技術在環保和無污染上有著顯著的優勢，因此無源無線溫度傳感器將成為日后無線測溫系統的重要發展方向。

2 關于集成能量技術無源無線測溫系統的介紹

由于無源無線測溫系統有著顯著的優勢，因此筆者對當前最具有優勢的集成能量技術的無源無線測溫系統進行介紹[2]。

當將其連接上交流電流之后，使得母排附近出現交變磁場的情況，之前無法利用這些磁場，但通過在母排上安裝了特殊合金帶之后，使得磁場可以跟著合金帶進行流動。通過把有線圈環繞在合金帶上，可以實現部分電能的收集，而經過一段時間電能的積累，其電量可以將MCU帶動起來，這時MCU可以將相關的溫度信息傳送到接收裝置中。

對于這種傳感器來說，由于其是通過交變磁場的形式來實現MCU的供電，因此使得傳感器在沒有電池的情況下可以實現長時間的工作，其平均使用壽命在10年以上，且較少需要工作人員對其進行維護。

該合金帶與之前的硅鋼片有著顯著的不同，在硅鋼片中都有一個線性的位置。傳統的硅鋼片在電流經過的時候，若是一次電流相對較大，那么二次電流就會無法將其能量釋放出來，這時其就會默認通過熱的型式來進行熱量的散發，從而很容易引發一系列的安全問題。而在特殊合金下，由于其所形成的線性面積非常小，能夠很快地讓磁場處于飽和狀態，即使是一次電流出現增加的情況，二次電流也不會出現較大的熱量，因此不需要使用扇熱器件進行散熱，不使用散熱器件就不會使其出現渦流和溫升的情況。

3 無源無線溫度傳感器技術特點

3.1 安全性

我們都知道，無源無線測溫傳感器在體積上有著顯著的優勢，當完成安裝后，其所形成的高度不會對絕緣距離造成影響，這進一步地強化了電氣設備的安全。

由于無源無線傳感器的信號傳輸距離可達20 m，滿足數據的接收工作要求，此時工作人員并不需要進行過多的接收設備的安裝，僅需傳感器就可實現對溫度的測量，從而保障工作人員測量時的安全。這也是無源無線測溫傳感器具備安全性的重要原因之一。

3.2 準確性

該無線傳感系統主要采用的是精度相對較高的數字傳感器，且通過接觸的方式進行測溫。由于其通過接觸的方式實現溫度的感知，因此設備可較為準確地捕捉到測溫點的溫度情況，并將相應的溫度數據反饋出來，從而使數據更具準確性。在傳輸相關的數據時，該無線傳感系統會對數據進行校驗和核查，排查和篩選出錯誤的數據，進一步地保障溫度數據的準確性。這就是無源無線測溫傳感器具備準確性的重要原因之一[3]。

3.3 靈活性

該技術擁有體積小的優勢。工作人員可以將其應用在動靜觸頭上，也可以將其安裝在變壓器的進出線和刀閘接頭等其余位置上。由于其可以安裝在不同的位置，極大地便利了施工。且由于該傳感器的編號是單獨的，工作人員只需對其進行配對即可，并不需要前期做好協調工作，也無需對材料進行維護和更換。

這一傳感器主要是利用了頻分多址的技術，每個傳感器都是使用一個頻段，但是其在頻段的占有時間低于20 ms,因此即使有很多傳感器連接也不會對通信質量造成影響。這就是無源無線測溫傳感器具備靈活性的重要原因之一。

3.4 易用性

無源無線溫度傳感器和其他傳感器一樣，使用的是相同的通訊架構。工作人員可以對其接收系統進行統一，從而更好地進行多傳感器的數據采集，做到通訊之間無障礙溝通，并為其余的設備平臺進行數據共享，實現各種接口的聯通，如：TCP/IP通訊接口等。

為了進一步地便于工作人員操作，其在顯示頁面上也有著多樣化的特性，既可以顯示開關柜的操作節目，又可以提供變電站層次的界面，并實時把全省多地對應的數據通過顯示屏幕顯示給工作人員。這就是無源無線測溫傳感器具備易用性的重要原因之一。

3.5 測溫范圍寬

對于無源無線測溫傳感器來說，由于其不用受到電池供電問題的束縛，其在電量的供應上相對充足，即使在高溫的場景下照樣可以實現數據的傳輸。就目前來說，其測溫大概在40～130間，通過應用一些先進技術之后，其測溫范圍將會變得越來越大。這就是無源無線測溫傳感器具備測溫范圍寬的重要原因之一。

4 結語

目前我國在10 kV高壓開關柜無線測溫技術的應用上還存在著很多的問題，如：很多工作人員并不了解10 kV高壓開關柜無線測溫技術的原理和特點，部分工作人員是按照相關的經驗進行操作，這不僅會在一定程度上影響到無線測溫技術在10 kV高壓開關柜中的應用，而且也無法保障10 kV高壓開關柜安全穩定的應用，容易引發一系列的安全事故，危害工作人員的生命安全。

因此，需要相關工作人員進一步地對各種10 kV高壓開關柜常用的幾種無線測溫傳感器的原理和技術特點進行了解并熟悉。工作人員唯有落實并掌握好相關的技術和原理，才能保障配電系統的安全性，令配電系統的運行變得更加穩定，從而滿足人們對電力資源的需求。