淺談高壓帶電設(shè)備無線測(cè)溫系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐霜

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對(duì)高壓帶電設(shè)備溫度檢測(cè)的現(xiàn)狀，提出采用無線測(cè)溫技術(shù)的高壓帶電設(shè)備無線測(cè)溫系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)、組成及數(shù)據(jù)傳輸方式三方面對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并說明該系統(tǒng)的應(yīng)用情況及效果。

關(guān)鍵詞：高壓帶電設(shè)備；無線測(cè)溫；無線中繼站；測(cè)溫終端

1 高壓帶電設(shè)備溫度檢測(cè)現(xiàn)狀

高壓帶電設(shè)備的可靠性至關(guān)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(shí)診 斷并排除，會(huì)導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行，嚴(yán)重破壞絕 緣，大大縮短設(shè)備的正常運(yùn)行壽命，并且會(huì)逐漸演變惡化形成事故或損壞設(shè)備，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常工作。掌握電力設(shè)備的發(fā)熱規(guī)律及其溫升狀況， 分析各種設(shè)備缺陷及故障狀態(tài)，可有效診斷設(shè)備故障，因此，及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)出電力設(shè)備內(nèi)部各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度具有重大意義。

目前高壓帶電設(shè)備溫度測(cè)量的方法主要有示溫蠟片、紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫和無線測(cè)溫４種。

ａ．示溫蠟片。在高壓設(shè)備的易過熱點(diǎn)貼上熔點(diǎn)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(zhǔn)確度低、可靠性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量，且需要人工操作，效率不高。

ｂ．紅外測(cè)溫。紅外測(cè)溫是用熱像儀或點(diǎn)溫儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，可以分為人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，人工測(cè)量只能測(cè)量當(dāng)時(shí)的情況，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)告警。自動(dòng)測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，但紅外 熱像儀自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴、阻礙了其在電力系 統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。

ｃ．光纖測(cè)溫。光纖溫度在線測(cè)溫采用光纖傳遞信號(hào)，但其運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)閭鞲衅髋c測(cè)溫儀表之間采用光纖連接，檢修時(shí)光纜很容易被碰斷；安裝工作量大，需要改造原有設(shè)備；隔離高壓的光纖表面可能受到污染，將導(dǎo)致光纖沿面放電。

ｄ．無線測(cè)溫。無線測(cè)溫即建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由安裝在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通 過無線通信方式形成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采集網(wǎng)絡(luò)覆 蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。目前， 無線信號(hào)的電磁兼容性和測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的低功耗性能需進(jìn)一步完善。

2 高壓帶電設(shè)備無線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高壓帶電設(shè)備無線測(cè)溫系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱“無線測(cè)溫系統(tǒng)”）采用無線射頻模塊與數(shù)字溫度傳感器相結(jié)合的方法，將溫度傳感器安裝到變電站設(shè)備的帶電接頭觸點(diǎn)上，在線實(shí)時(shí)測(cè)量該點(diǎn)溫度后，以無線方式將數(shù)據(jù)上傳至電力自動(dòng)化系統(tǒng)集中顯示，使值班人員在遠(yuǎn)端監(jiān)視設(shè)備溫度，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)溫度超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)，提醒及時(shí)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(jié)構(gòu)

組建無線測(cè)溫系統(tǒng)需要2個(gè)環(huán)節(jié)，一是測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。無線測(cè)溫系統(tǒng)采用先將采集數(shù)據(jù)匯聚于一點(diǎn)，再通過遠(yuǎn)程（GPRS／CDMA）無線網(wǎng)絡(luò)或串行通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控端，實(shí)現(xiàn)無線 傳輸?shù)募夹g(shù)方案。無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)組成

無線測(cè)溫系統(tǒng)包括3個(gè)設(shè)備部分及1套后臺(tái)軟件，分別為無線匯集終端、無線測(cè)溫終端、無線中繼站、測(cè)溫后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的在線溫度測(cè)量和預(yù)警。

2.2.1 無線測(cè)溫終端

無線測(cè)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(shù)字方式工作，溫度傳感器附著在發(fā)熱點(diǎn)（高壓母線或高壓開關(guān)）上，并由一段數(shù)據(jù)線和無線數(shù)據(jù)變換器相連接，該終端附著在高壓母線或高壓開關(guān)上并長(zhǎng)期工作在高壓環(huán)境中。測(cè)溫終端具有高絕緣性和抗電磁場(chǎng)干擾性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并可根據(jù)需要向控制中心傳輸溫度數(shù)據(jù)。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)為：輸出功率≤10mW；遠(yuǎn)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(cè)量溫度為－40～125℃；測(cè)量精度±0.5℃；防水級(jí)別為IP68；符合（GB／T2423.1）《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫》和GB／T2423.2《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)和多個(gè)無線測(cè)溫終端采集溫度數(shù)據(jù)的通信，并可以向無線測(cè)溫終端發(fā)送指令，在整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)中處于核心地位，由它來調(diào)節(jié)整個(gè)無線通信網(wǎng)絡(luò)。通過連接計(jì)算機(jī)上的設(shè)置軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)無線測(cè)溫終端的設(shè)置，一般安裝在主控室。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)為：可多組（32組）管理無線測(cè)溫終端；與計(jì)算機(jī)接口采用RS485標(biāo)準(zhǔn)串口；利用電源適配器AC220供電；輸出功率≤10mW；遠(yuǎn)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(wǎng)技術(shù)，可多通道雙向傳輸數(shù)據(jù)，分組管理無線測(cè)溫終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，在此基礎(chǔ)上可添加CDMA/GPRS模塊。是否使用無線中繼站由各測(cè)溫終端所處的物理位置決定，測(cè)溫終端與無線匯集終端處于有效的通信距離內(nèi)，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(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)點(diǎn)溫度的變化，掌握整個(gè)高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進(jìn)而做出正確的決策。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：可多組（32組）管理無線測(cè)溫終端；利用電源適配器 AC220供電或電池供電；通過配套設(shè)施可以快捷、輕松建立不受地形隔間限制的網(wǎng)絡(luò)；輸出功率≤10mW；遠(yuǎn)傳輸距離≥300m（可視距離）；發(fā)射電流17mA。

2.2.4 測(cè)溫后臺(tái)軟件

測(cè)溫后臺(tái)軟件具備高溫報(bào)警功能，當(dāng)被測(cè)設(shè)備溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，后臺(tái)軟件立即彈出被監(jiān)測(cè)廠站一次接線圖及文字報(bào)警條，并進(jìn)行聲音告警。系 統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的變化過程，當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)測(cè) 點(diǎn)溫度持續(xù)升高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行聲音及文字提示。所有測(cè)點(diǎn)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(jì)方式顯示，見圖2，溫度變化趨勢(shì)一目了 然；各種溫度數(shù)據(jù)（包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）都可以生成報(bào)表。

圖2 測(cè)溫軟件溫度曲線顯示界面示意

2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式

無線測(cè)溫終端把溫度信號(hào)通過無線的方式直接或經(jīng)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(gè)測(cè)溫終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)。如果在無人值守、實(shí)際測(cè)溫地點(diǎn)遠(yuǎn)離控制中心的環(huán)境中，無線匯集終端可以把接收到的數(shù)據(jù)通過RS232傳送給GPRS／CDMA，再由GPRS／CDMA把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)的后臺(tái)軟件進(jìn)行處理。

3 無線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用分析

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

 圖3 無線測(cè)溫終端安裝示意

無線測(cè)溫系統(tǒng)通過該公司千兆網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度和監(jiān)控中心，由后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)越限情況發(fā)出警報(bào)。截止目前，該系統(tǒng)在線運(yùn)行正常、狀況良好，可為狀態(tài)檢修 提供數(shù)據(jù)支持與依據(jù)。

常見測(cè)溫方法與無線測(cè)溫系統(tǒng)的性能與費(fèi)用比較見表1。

表1 常見測(cè)溫方法與無線測(cè)溫系統(tǒng)的性能與費(fèi)用比較

通過應(yīng)用和比較可知，無線測(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)主變壓器高低壓側(cè)隔離開關(guān)觸點(diǎn)、變壓器穿墻套管固定位置、小推車開關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)、電纜接頭觸點(diǎn)等部位 進(jìn)行“*”監(jiān)測(cè)，由于通信中傳送的是數(shù)字信號(hào)， 所以它不會(huì)受到電磁干擾的影響，也不會(huì)對(duì)電氣設(shè) 備的正常運(yùn)行帶來任何負(fù)面影響 ，可以在高電壓、強(qiáng)輻射和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下運(yùn)行。系統(tǒng)擴(kuò)展 性好，采用短程無線網(wǎng)絡(luò)的方式，多個(gè)測(cè)溫終端分布 在無線匯集終端的周圍，測(cè)溫終端小巧輕便，可在狹 小空間內(nèi)應(yīng)用，在有效的通信范圍內(nèi)可以添加、刪 除、移動(dòng)測(cè)溫終端。

4 安科瑞ARTM系列電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無線測(cè)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(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無線測(cè)溫系統(tǒng)（如圖4結(jié)構(gòu)圖）。這樣，運(yùn)行值班人員可以隨時(shí)查閱柜內(nèi)各個(gè)接點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，隨時(shí)掌握各接點(diǎn)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，大大提高電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

圖4 結(jié)構(gòu)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(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)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。

4.2安科瑞無線收發(fā)器

無線測(cè)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(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)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(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

5 結(jié)束語

無線測(cè)溫系統(tǒng)與其他測(cè)溫方法相比，具有無需布線、測(cè)溫元件安裝方便、幾乎任何關(guān)鍵點(diǎn)都可以使 用、信息準(zhǔn)確及時(shí)、報(bào)警系統(tǒng)良好等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中關(guān)鍵部位溫度的在線監(jiān)測(cè)，輔助運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，可為狀態(tài)檢修提供依據(jù)， 改變了電力系統(tǒng)的檢修模式，使運(yùn)行人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)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(xiàn)】

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