安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：溫度是維護電力系統高壓設備正常運行的重要參數，隨著(zhù)智能電網(wǎng)的發(fā)展，針對高壓設備進(jìn)行溫度在線(xiàn)監測已變得日益重要。文章中的智能無(wú)線(xiàn)測溫系統，通過(guò)對開(kāi)關(guān)柜溫度進(jìn)行智能實(shí)時(shí)監控，可準確、及時(shí)掌握開(kāi)關(guān)柜運行溫度變化趨勢，并結合實(shí)時(shí)電流通過(guò)的橫向和縱向等智能判據，可提前感知開(kāi)關(guān)柜因過(guò)溫而引起的安全隱患，有針對性地制定預防措施，從而實(shí)現狀態(tài)檢修，避免出現故障，進(jìn)而減少運維人員工作量。

關(guān)鍵詞：智能判據 ；無(wú)線(xiàn)測溫 ；開(kāi)關(guān)柜

0引言

在變電站內，高壓設備在長(cháng)期運行過(guò)程中，其觸點(diǎn)和連接處等位置會(huì )因長(cháng)期過(guò)載、接頭松動(dòng)、觸頭老化等因素導致接觸電阻增大而產(chǎn)生過(guò)熱現象，進(jìn)而導致觸點(diǎn)異常升溫而損壞，甚至發(fā)生熔融、燃燒、爆炸等各種安全事故。因此需對高壓設備的溫度進(jìn)行監測，做

到事故的提前預防。目前，常規的無(wú)線(xiàn)測溫系統僅監測高壓設備的實(shí)時(shí)溫度，超過(guò)溫度上限進(jìn)行告警，無(wú)法提前預知高壓設備因過(guò)溫而引起的安全隱患，文章的智能無(wú)線(xiàn)測溫系統采用傳感器實(shí)測溫度結合實(shí)時(shí)電流的方式，通過(guò)智能算法，可提前感知開(kāi)關(guān)柜因老化或環(huán)

境因素造成接觸電阻增大而引發(fā)的過(guò)溫安全隱患。

1智能無(wú)線(xiàn)測溫硬件配置

（1）無(wú)線(xiàn)溫度傳感器。采集高壓設備溫度并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將其發(fā)送至無(wú)線(xiàn)接收器。每個(gè)溫度傳感器采集1路溫度量，可安裝在斷路器觸頭、母排、高壓電纜接頭等位置。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器無(wú)源無(wú)電池，通過(guò)感應一次設備電流獲取自身工作所需的能量，工作頻率為433MHz，

傳輸距離為200m，測溫范圍–25~+125℃。

（2）無(wú)線(xiàn)環(huán)境溫濕度傳感器。采集高壓設備環(huán)境溫濕度并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將數據發(fā)送至無(wú)線(xiàn)接收器。每個(gè)溫濕度傳感器采集1路環(huán)境溫度和濕度值，可安裝在開(kāi)關(guān)柜或配電室內。無(wú)線(xiàn)環(huán)境溫濕度傳感器內置可更換的3.6V 鋰電池，工作頻率為433MHz，傳輸距離為150m。

（3）無(wú)線(xiàn)接收器。將溫度傳感器和環(huán)境溫濕度傳感器發(fā)出的無(wú)線(xiàn)溫度及溫濕度信號轉發(fā)至保護裝置。無(wú)線(xiàn)接收器內置磁鐵，吸附于開(kāi)關(guān)柜低壓室內壁上，通過(guò)通訊電纜連接至保護裝置的通信口。

2智能無(wú)線(xiàn)測溫通訊方案

無(wú)線(xiàn)接收器通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號接收溫度傳感器和溫濕度傳感器發(fā)出的溫度及溫濕度信號，然后通過(guò) ModbusRTU 通訊協(xié)議及 RS–485接口與保護裝置通訊。由于無(wú)線(xiàn)接收器吸附于開(kāi)關(guān)柜低壓室內壁上，通過(guò)1根短通訊電纜即可連接至保護裝置通訊口進(jìn)行通訊，無(wú)需進(jìn)行單獨組網(wǎng)通訊。保護裝置收到傳感器溫度信號后，將在LCD 面板顯示溫度值，同時(shí)結合一次負荷電流進(jìn)行智能判斷，然后通過(guò)通訊協(xié)議將溫度值及報警信號送至電力監控系統，即可實(shí)現溫度數據和報警信號的遠程監視。與電力監控系統共用1套監視系統，利用了原有設備無(wú)后期費用追加優(yōu)勢，達到了降低系統設備運維成本的目的，且利于運行人員監視和維護。

同時(shí)依靠電力監控系統網(wǎng)關(guān)通過(guò)云服務(wù)可將數據接入云平臺，實(shí)現測溫信號的移動(dòng)運維，不僅可通過(guò)智能手機監測到設備的溫度，并且能在超溫時(shí)自動(dòng)發(fā)出報警信號，及時(shí)推送到具體負責人員的智能手機終端，實(shí)現高效的問(wèn)題處理，地降低了高壓設備事故風(fēng)險，保證供電可靠性（圖1）。

圖1 通訊架構

3開(kāi)關(guān)柜智能無(wú)線(xiàn)測溫系統

3.1 具體應用方案

智能無(wú)線(xiàn)測溫功能集成于綜合保護裝置中，支持分布式測溫方案和母線(xiàn)集中式測溫方案。

溫度傳感器的安裝位置位于開(kāi)關(guān)柜 ABC 三相每相的4個(gè)位置：母排、斷路器上觸臂、斷路器下觸臂、進(jìn)出線(xiàn)。

3.1.1 分布式測溫方案

每個(gè)間隔開(kāi)關(guān)柜的保護裝置配1個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器，可與本間隔的多12個(gè)溫度傳感器和2個(gè)環(huán)境溫濕度傳感器配套工作。

特點(diǎn) ：①每個(gè)間隔均可實(shí)現基于實(shí)時(shí)電流的智能過(guò)溫報警功能 ；②具有結合電流的傳感器離線(xiàn)報警功能 ；③基于間隔配置，方便運維 ；④可工作于電磁干擾嚴重場(chǎng)合。

3.1.2 母線(xiàn)集中式測溫方案

進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜配置1個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器，根據用戶(hù)實(shí)際情況選擇重要大負荷開(kāi)關(guān)柜安裝無(wú)線(xiàn)溫度傳感器。能與安裝在本母線(xiàn)的5個(gè)開(kāi)關(guān)柜的多60個(gè)溫度傳感器和10個(gè)環(huán)境溫濕度傳感器配套工作。本方案的無(wú)線(xiàn)接收器需使用外置高增益天線(xiàn)（圖2）。

圖2 母線(xiàn)集中式測溫方案應用場(chǎng)景

特點(diǎn) ：①適用于小型站 ；②進(jìn)線(xiàn)可以實(shí)現基于實(shí)時(shí)電流的智能過(guò)溫報警功能 ；③其它間隔根據純溫度判斷異常過(guò)溫狀態(tài) ；④經(jīng)濟簡(jiǎn)單，只需要1個(gè)無(wú)線(xiàn)接收器。

3.2 智能告警判據

智能無(wú)線(xiàn)測溫基于保護裝置通過(guò)實(shí)測溫度結合實(shí)時(shí)電流的方式實(shí)現智能溫度告警。

智能無(wú)線(xiàn)測溫包含4個(gè)智能判據，能同時(shí)工作，一旦觸發(fā)其中1個(gè)判據，將會(huì )發(fā)出對應的測量點(diǎn)溫度告警消息。

4個(gè)智能判據分別是 ：①電流補償同安裝點(diǎn)橫向判據；②電流補償絕對閥值判據；③無(wú)電流同相縱向判據；④無(wú)電流絕對閥值判據。

這4類(lèi)判據分別對單個(gè)測量點(diǎn)的絕對溫升/溫度，縱向測量點(diǎn)及橫向測量點(diǎn)結合電流后的溫升進(jìn)行監測，從而對開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行矩陣式的監測。

3.2.1 有流判據

（1）電流補償同安裝點(diǎn)橫向判據（圖3）。同一間隔，同一組安裝點(diǎn)多會(huì )配置 ABC 三相3個(gè)測溫點(diǎn)。例如，出線(xiàn)電纜 A 相測溫點(diǎn)，出線(xiàn)電纜 B 相測溫點(diǎn)，出線(xiàn)電纜 C 相測溫點(diǎn)，它們處于同一橫截面，使用相同的材料和連接方式，因此可橫向比較 ABC 三相3個(gè)測點(diǎn)電流產(chǎn)生的溫升，來(lái)判斷溫升是否異常。三相電流的不平衡會(huì )引起溫升的不平衡，電流補償后，當檢測到某一測溫點(diǎn)溫升異常升高后告警。

圖3 橫向判據

由于同一安裝位置的三相測溫點(diǎn)，連接方式相同， 期望溫升相同，因此該判據靈敏性高。

1. 電流補償絕對閥值判據。根據國標要求的溫升閥值，確定測溫點(diǎn)額定電流下的溫升閥值。根據當前工作點(diǎn)的電流值，計算對應該電流的溫升動(dòng)作閥值。當測溫點(diǎn)測得的溫度超過(guò)計算得到的溫升動(dòng)作閥值后告警。

此判據電流的溫度告警閥值，對應電流做過(guò)補償，遠小于國標要求的溫升閥值，因此該判據靈敏性較高。

3.2.2 無(wú)流判據

（1）無(wú)電流同相縱向判據。同一間隔，同一相多有4個(gè)測溫點(diǎn)，例如，母排測溫點(diǎn)、斷路器上觸臂測溫點(diǎn)、 斷路器下觸臂測溫點(diǎn)、進(jìn)出線(xiàn)測溫點(diǎn)。同一相縱向上的各個(gè)測溫點(diǎn)，流過(guò)的電流相同，溫升只與節點(diǎn)阻抗和散熱條件有關(guān)，因此可比較同一相縱向上多個(gè)測溫點(diǎn)的溫 升，當某一測溫點(diǎn)的溫升與縱向其他測溫點(diǎn)的溫升相比異常升高時(shí)告警（圖4）。

圖4 縱向判據

（2）無(wú)電流絕對閥值判據。根據國標要求的溫升閥值，設定一個(gè)大允許溫升閥值，當實(shí)測點(diǎn)的溫升大于大允許溫升，判斷該測點(diǎn)溫度異常，告警。根據國標要求的溫度閥值，設定一個(gè)大允許溫度閥值，當實(shí)測溫度大于大允許溫度時(shí)，判斷該測點(diǎn)溫度異常告警。

由于國標要求的大允許溫升閥值和大允許溫度閥值較高，此判據不是很靈敏，因此大允許溫升閥值和大允許溫度閥值可以在定值中修改（表1）。

4安科瑞溫度在線(xiàn)監測系統解決方案

4.1概述

電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場(chǎng)所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

4.3系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.4系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

3）運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

4）實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

5）歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

4.5系統硬件配置

溫度在線(xiàn)監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

5安科瑞AMB300系列母線(xiàn)槽紅外測溫解決方案

安科瑞AMB300系列母線(xiàn)槽紅外測溫解決方案，這是一款非接觸式紅外測溫裝置，能夠解決母線(xiàn)槽溫升過(guò)高的問(wèn)題，實(shí)時(shí)把連接器中每相溫度數據上傳后臺，提示管理人員應對報警點(diǎn)予以重視或采取必要的預防措施。

此母線(xiàn)槽紅外測溫解決方案由人機HMI觸摸屏，紅外測溫模塊，紅外采集器，電源模塊組成。該系統通過(guò)RS485線(xiàn)與本地觸摸屏和后臺監控進(jìn)行通信（如下圖），系統設計遵循際標準Modbus-RTU傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。RS-485作為一種串行通信的接口具有傳輸距離長(cháng)、速度較高、電平兼容性好、使用靈活方便、成本低廉和可靠度高等特點(diǎn)，與無(wú)線(xiàn)通信方式相比，具有價(jià)格低、抗共模干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。

AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統拓撲圖

AMB300紅外測溫原理示意圖

AMB300-D4 AMB300-D1 AMB300-Z

AMB300紅外測溫管理軟件界面

安科瑞系統平臺界面

6 結束語(yǔ)

智能無(wú)線(xiàn)測溫系統進(jìn)行嚴格的系統測試后，已應用到了多個(gè)現場(chǎng)，通過(guò)對多個(gè)現場(chǎng)測試結果的對比分析，數據傳輸準確可靠，在電力系統監控后臺可實(shí)時(shí)掌握開(kāi)關(guān)柜各位置的溫度變化趨勢，溫度異常時(shí)可智能提前預警，提醒運行人員針對性地制定預防措施，為運行單位減少了運維工作量，提高了運維單位的工作效率和供電可靠性。

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作者簡(jiǎn)介

劉細鳳，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電監測的研究與應用。