劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：針對目前變電設備運行溫度在采集傳感器的供能、數(shù)據(jù)傳輸和遠程監(jiān)控功能不足問題，本文開發(fā)出一種基于無線無源測溫傳感器的變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，主要解決高電壓、強電場干擾環(huán)境下對變電運行設備溫度實時準確采集和數(shù)據(jù)可靠傳輸問題，同時實現(xiàn)對變電站各類運行設備溫度的統(tǒng)一集中監(jiān)測、趨勢分析、異常預警及聯(lián)動保護裝置跳閘保護等功能，有力提高運維人員對設備隱患的預控能力，有效防止溫度異常造成的事故，確保電網(wǎng)及設備運行。

關鍵詞：無源溫度傳感器在線監(jiān)測異常預警

0 引言
  變電站母線、電纜、斷路器、互感器等運行設備由于長期工作在高電壓、大電流環(huán)境條件下，對各設備溫度的監(jiān)測維護是保證電網(wǎng)可靠工作的環(huán)節(jié)。尤其是高壓開關柜、組合電器等封閉式運行設備，自身散熱條件較差，而且依靠人工定期測溫的方法很難完成對柜內(nèi)設備溫度的直接測量和在線監(jiān)測。由于缺乏行之有效的設備溫度在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，近年來關于變電站內(nèi)設備運行溫度過高造成的火災事故時有報道，嚴重影響電網(wǎng)供電可靠性，同時也給電力企業(yè)造成了較大的經(jīng)濟損失甚至是人身傷亡。
  因此，采用合理有效且數(shù)據(jù)可靠的溫度檢測技術對互感器、母線、電纜及動作開關觸頭等易發(fā)熱部位進行溫度實時在線監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設備運行溫度異常隱患并實現(xiàn)異常告警，對于保證變電站設備可靠運行具有十分重要的意義。

1 溫度測量技術發(fā)展現(xiàn)狀
1.1 傳統(tǒng)接觸式測溫技術
  傳統(tǒng)接觸式測溫方法主要以熱電偶測溫和熱電阻測溫為代表。熱電偶是基于賽貝克效應采集導體回路熱電流信號實現(xiàn)溫度測量的。熱電阻測溫是基于熱敏電阻特性實現(xiàn)對物體溫度的測量。接觸式測溫的優(yōu)點是測量精度高、范圍大，但對環(huán)境變化也比較敏感，通常需增加補償裝置，且要與被測對象直接接觸。在變電站內(nèi)對高壓設備進行溫度接觸式測量，一方面是操作不便，隱患大；另一方面是需要金屬導線傳輸信號，絕緣性能不能保證。

1.2 非接觸式測溫技術
  非接觸式測溫技術典型的應用是基于物體輻射的紅外線測溫方法、以及基于溫度變化對光柵波長變化的光纖光柵測溫方法。
紅外測溫傳感器（也稱紅外探頭）是市面上應用較普遍的一類非接觸式測溫裝置，測溫速度快、靈敏度高，但由于對設備自身材質和測溫環(huán)境及距離等有較高要求，因此通常只用來測量物體表面溫度，對金屬類物體測溫誤差較大，無法實時測量，不具有監(jiān)測功能。
  光纖測溫傳感器依靠其靈敏度高、抗干擾性強、體積小等特點，目前主要應用于測量領域。但其系統(tǒng)整體造價成本較高，安裝布線較復雜且一定要停電操作，光纖易折、不耐高溫，在應用上具有一定局限性。
  此外，無線測溫技術是近年來新型的一種集成測溫傳感器和無線通信技術的測溫方法。主要是利用有源溫度傳感器進行溫度測量，然后通過傳感器集成的無線發(fā)射模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，初步具備了溫度在線監(jiān)測的基礎。傳感器取電方式普遍采用有源方式，即通過鋰電池取電，存在電池電量狀態(tài)無法監(jiān)控和盲目更換等問題。因此，測溫裝置可靠供電是目前在線測溫系統(tǒng)亟待解決的問題之一。
  本文在充分研究總結上述各類測溫手段優(yōu)劣特性的基礎上，綜合考慮測溫裝置的可靠性和經(jīng)濟性，研制一種新型的無線無源測溫傳感器，其技術突破在于裝置的供能單元采用“無源"供電模式，并基于此開發(fā)一套變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)。

2 變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)設計
  本文設計開發(fā)的變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)，融合數(shù)據(jù)采集處理技術、無線通信傳輸技術，對高壓強電磁干擾環(huán)境下變設備實現(xiàn)運行溫度實時準確監(jiān)測。同時實現(xiàn)對變電站各類運行設備溫度的統(tǒng)一監(jiān)測和趨勢分析、異常預警及聯(lián)動跳閘保護等功能，方便運維管理人員及時有效的處理設備事故隱患。
  變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)主要由無線無源溫度傳感器，無線測溫終端，后臺監(jiān)控主機等三部分組成。

2.1 無線溫度傳感器
  無線無源溫度傳感器主要由溫度采集模塊和無線通信模塊構成。為保證數(shù)據(jù)傳輸連續(xù)可靠，采用抗干擾性能強的無線通信模塊。其中，序號1是取電合金片：用于感應取電；序號2是模塊主體：實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集發(fā)送；序號3是溫度傳感器探頭，能以磁吸附或卡扣方式固定于測溫點。

2.2 無線測溫終端
  無線測溫終端主要實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的收集，并能通過GPRS網(wǎng)絡自動上傳到后臺監(jiān)控主機，也可以按照主機的召喚指令上傳監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)。終端結構設計簡單，體積小，可以方便地安裝在開關柜、PT柜、配電箱或分支箱內(nèi)。

2.3 后臺監(jiān)控主機
  后臺監(jiān)控主機主要由通信單元、智能控制單元、顯示單元等組成。
無線測溫終端可以把溫度數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送到通訊單元接收模塊上，通信接收模塊可接收5萬個測溫終端發(fā)送的數(shù)據(jù)，并通過串口線將數(shù)據(jù)發(fā)給智能控制單元；控制單元實現(xiàn)溫度信息數(shù)據(jù)比對、趨勢分析、異常報警、聯(lián)動線路跳閘、查詢、召喚及記錄等；顯示單元進行數(shù)據(jù)顯示，也可以通過曲線和表格的形式直觀顯示。

2.4 功能特點
（1）溫度超限預警：設定設備運行溫度限值，通過數(shù)據(jù)比對實現(xiàn)溫度超限的預警。
（2）趨勢分析預警：當溫度變化率較快，超出設定值后進行預警。
（3）主動上報和主站召喚：可設定按照固定周期（如1min或5min一次）主動上傳溫度數(shù)據(jù)，也可以在后臺主機召喚時即時上傳監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)。
（4）故障跳閘保護：設備溫度異常報警后可聯(lián)動繼電保護裝置實現(xiàn)跳閘保護。
（5）異常自動記錄及統(tǒng)計功能：實現(xiàn)變電設備異常數(shù)據(jù)自動記錄、統(tǒng)計，便于后期分析和有針對性制定監(jiān)控和預防措施。

3 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型
  安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術而設計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。
 

3.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構
  Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通信（如圖1），系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。
  Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)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?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
  Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據(jù)軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構圖

3.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）
■運行報表
查詢各回路設備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。
■設備提供以下凡種告警方式：
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警.
C.短信吿警，可以向手機發(fā)送吿警信息短信（需選配短的信的貓）.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
■用戶權限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。
通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
■定值設置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB（可選）
展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。
能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。
■手機APP（可選）
設備數(shù)據(jù)員面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

3.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)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(shù)據(jù)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2）。

圖2 電氣接點在線測溫結構圖

3.3.1 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(jù)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。

3.3.2 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(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)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。

3.3.3 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(nèi)。方便操作人員現(xiàn)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(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

4結語
  本文研究開發(fā)的基于無源測溫的變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)已經(jīng)在試點變電站進行安裝應用。截至目前，測溫裝置在取電、測溫、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫嬷笜司项A期目標，具備大范圍推廣應用基礎。溫度在線智能監(jiān)測預警系統(tǒng)實現(xiàn)了變電運行設備溫度的在線監(jiān)測和異常預警功能，大幅減少現(xiàn)場測溫頻次和工作強度，溫度測量更加及時準確，在提高設備運行效率和減少監(jiān)控系統(tǒng)重復投資方面，能夠降低運維及建設成本，帶來巨大的經(jīng)濟效益，同時也為智能電網(wǎng)傳感器系統(tǒng)的精細規(guī)劃和布局提供數(shù)據(jù)參考和實踐依據(jù)。

【參考文獻】
[1]李琮,孫英濤.高壓開關柜溫度在線監(jiān)測技術研究[J].山東電力技術,2017(9):77-80.
[2]高樂天,張朝峰,張紅哲,張軍龍,李蒙慧.基于無源測溫的變電設備溫度在線智能監(jiān)測預警技術研究.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.

作者簡介：劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用