淺談無線測溫技術在開關柜中應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經(jīng)濟社會的飛躍式發(fā)展，我國經(jīng)濟增長與電力增長形成了一個有機和無縫的連接。現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢逐漸轉向為大電網(wǎng)，這就對可靠性以及自動化水平有了進一步的要求，同時也要求電網(wǎng)運行調(diào)控逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展。開關柜作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的關鍵設備之一，對其進行研究就顯得尤為重要。因此，文章針對目前國內(nèi)開 關柜發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題進行了淺要分析，探討了監(jiān)測溫度變化的重要性，提出了無線測溫技術的研究方向，并對未來開關柜無線測溫技術的發(fā)展趨勢進行了一定展望，以期為未來電力系統(tǒng)的良好發(fā)展奠定一定理論基礎。

關鍵詞：開關柜；無線測溫；技術研制；技術應用

我國是人口大國，對于電力有很大的需求，相應對于電氣化設備的可靠運行也有進一步的要求。開關柜作為確保電能質(zhì)量的關鍵設備，保證其安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

一般情況下，由于開關柜通常是密閉空間，當負荷增加以及長時間運行時，就容易發(fā)生內(nèi)部過熱的現(xiàn)象，從而導致異常溫升。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取合理的措施進行干預，隨著時間的流逝，其溫升現(xiàn)象會越來越嚴重，開關柜內(nèi)絕緣件等設備的過熱程度會持續(xù)增加，不僅會影響使用壽命，而且會導致重大安全事故發(fā)生。此外，開關柜具有大電流的特點，這就引發(fā)了較為強烈的電磁輻射現(xiàn)象，進而導致測溫系統(tǒng)溫度監(jiān)測的不準確，從而無法及時掌握溫度變化情況。另外，由于通常溫度傳感器需要直接安置于高壓被測物體上，并且保證一定的安全距離，這就容易引起溫度測量誤差的問題，進而埋下安全隱患。

開關柜發(fā)生故障的原因有很多，但究其根本還是由于開關柜內(nèi)相關元件及線路長期處于大電流、高電壓工作狀況，且空間狹小不通風，強大電流容易導致其內(nèi)部溫升加劇，一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)問題并進行預防，很容易發(fā)生火災等安全事故。因此，做好開關柜內(nèi)溫度監(jiān)測，避免發(fā)生過熱的現(xiàn)象，對于避免火災等安全事故的發(fā)生具有十分重要的研究價值。

2.1溫度過高

通常情況下，開關柜在正式應用前會在實驗室內(nèi)進行試驗檢測，檢測時間通常為8小時。然而，在實際應用中，開關柜通常需要長時間、不間斷運行，同時會持續(xù)性發(fā)熱，而溫升又是隨著時間不斷增加的，這就導致試驗數(shù)據(jù)無法滿足實際應用中的數(shù)據(jù)變化范圍。另外，雖 然我國自動化水平穩(wěn)步提升，但是對于開關柜這種電氣設備安裝，通常還需要具有較強專業(yè)技術知識的工作人員進行設計與安裝。在一定程度上，現(xiàn)場工作人員的違規(guī)操作也會導致溫升異常的情況發(fā)生。

2.2接頭故障

開關柜在輸配電系統(tǒng)中承擔著重要角色，對于保護線路、監(jiān)測電量運行情況具有不可忽視的影響。然而隨著工作時長的不斷增加，不可避免地會出現(xiàn)線路老化的問題，同時在長期大電流的作用下，也會在一定程度上導致接觸電阻增加，引起局部放電、高壓泄漏現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都容易引起開關柜內(nèi)相關元件溫升現(xiàn)象愈發(fā)嚴重，從而引發(fā)線路、設備著火現(xiàn)象，導致開關柜被燒毀，引起重大安全事故的發(fā)生。

無線測溫技術在開關柜內(nèi)的應用具有十分明顯的優(yōu)勢，通過將溫度傳感器直接安裝于需要測量溫度的關鍵部分，之后通過溫度傳感器獲取實時溫度以及其他工作狀態(tài)信息，通過無線信號進行傳遞，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲。根據(jù)溫度信息變化標準進行檢測，一旦發(fā)生問題，可以及時有效地進行報警，避免重大安全事故的發(fā)生。與此同時，通過對溫度變化情況進行對比分析，可以形成相關報表，以便更好地對開關柜的運行情況進行監(jiān)測。一方面可以解決開關柜內(nèi)空間狹小的問題，更好地安裝其他設備元件；另一方面可以提高監(jiān)測準確度，彌補人工操作的不足，減少人工巡視工作量，降低運維成本，對溫度異常情況進行更為及時的監(jiān)測，避免安全事故的發(fā)生。

3.1無線測溫技術與蠟片示溫法的比較

顯而易見，蠟片示溫法就是在被測物體表面涂抹一層可隨溫度情況進行相應顏色變化的發(fā)光材料，通過日常巡視，可以大致判斷開關柜內(nèi)相關設備的溫升情況，避免重大安全事故的發(fā)生。然而這種方法精度很低，無法準確測量溫度情況，對于相關技術的研發(fā)不具有參考價值，且容易發(fā)生蠟片脫落的現(xiàn)象，需要大量的人力進行日常維護工作，運維成本非常高，

不利于對其進行推廣應用。與此相比，無線測溫技術十分的可靠，且無須進行日常巡視，降低了運維成本，具有很高的推廣使用價值。

3.2 無線測溫技術與常規(guī)測溫方法比較

常見的測溫方法通常是通過溫度傳感器件進行溫度監(jiān)控，比如，熱電偶、熱電阻、半導體等，通過溫度傳感器進行信號的傳輸需要通過金屬導線作為介質(zhì)，這就導致無法保證其在開關柜的正常工作中可以具有穩(wěn)定的絕緣性能，因而無法應用于開關柜的溫度監(jiān)測。與之相比，無線式測溫技術不需要金屬導線傳輸信號，而是通過無線方式傳輸信號進行溫度監(jiān)測，這就避免了金屬導電的問題，很好地保證了開關柜內(nèi)元件的安全運行，因而可以直接應用于開關柜內(nèi)，并對其溫度進行準確地實時監(jiān)測，避免安全事故的發(fā)生。

3.3 無線測溫技術與紅外測溫方法比較

紅外線的使用通常需要將測溫裝置與被測物體間隔一定距離再進行測溫，這就需要一定的空間來安裝其設備，然而開關柜內(nèi)通常是密閉狹小空間，因此無法應用該技術。此外，由于該段距離的存在，導致紅外線易受到周外環(huán)境因素的影響，無法確保溫度監(jiān)測的準確性，從而容易出工作疏漏的現(xiàn)象。與之相比，無線測溫技術通過將溫度傳感器直接安裝于被測物體表面，從而確保了溫度監(jiān)測的準確性。

3.4 無線測溫技術與光纖測溫方法比較

光纖測溫方法通過將溫度傳感器檢測到的信號經(jīng)光纖傳遞到測溫設備上，確保了溫度測量的準確性并避免了導電的問題。然而開關柜內(nèi)空間狹小，并且設備元件復雜，線路多，這就給光纖的安置帶來了大的難度，同時光纖易受到環(huán)境的影響而發(fā)生斷裂，并且不耐高溫，都給其應用帶來了一定的挑戰(zhàn)。與之相比，無線測溫技術的應用可大限度地減少線路的布置，可以更好地對開關柜內(nèi)的空間進行應用。

3.5 開關柜測溫技術研發(fā)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)通常嚴格按照國家電氣設備采購標準及設計規(guī)范安裝、使用開關柜，確保開關柜可以通過試驗驗證，特別是對于溫升現(xiàn)象的控制。在日常供電情況下，系統(tǒng)負荷通常不會與開關柜的設計滿容量相同，因此其溫升問題不會影響開關柜的正常運行。然而，在實際應用過程中，開關柜內(nèi)部溫度變化情況，尤其是母排連接點等部分，其溫升數(shù)值往往超過試驗值。

隨著我國科技化水平不斷提高，雖然開關柜無線測溫技術的研制與應用得到了進一步的完善與發(fā)展，并且電氣設備施工水平與施工人員專業(yè)素養(yǎng)也不斷增強，但是由于電壓等級越來越高，供電情況越來越復雜，開關柜內(nèi)溫升現(xiàn)象越來越嚴重，針對其測溫技術的相關研究尚不成熟，對于國外技術的掌握也不盡全，測溫技術與相關專業(yè)人員仍存在缺陷與不足，還遠未達到要求。這就需要相關電力企業(yè)加快無線測溫技術的研發(fā)，并且結合工程實際情況，充分考慮多方面因素，不斷從實踐中積累經(jīng)驗。一方面推動先進無線測溫技術的研制，使其更好地與開關柜適配；另一方面鼓勵電力企業(yè)對相關技術進行應用，并在使用過程中對其不斷改進，大限度地避免安全事故的發(fā)生，推動相關技術的大范圍應用。

3.6 開關柜無線測溫技術特點

短距離無線通信技術主要包括藍牙、紅外數(shù)據(jù)傳輸以及無線局域網(wǎng)。無線溫度傳感器采用的何種短距離無線通信技術，需要各電力單位在實際應用中根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性要求等因素選擇。無線測溫系統(tǒng)通常由溫度傳感器、顯示器以及監(jiān)測預警平臺組成，通過將無線溫度傳感器測量的溫度轉變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過無線發(fā)射接收模塊傳遞到溫度顯示器和監(jiān)測預警平臺，后臺監(jiān)測設備根據(jù)信息進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)生溫度超過預設溫度的情況，就及時進行預警，發(fā)出警報?？傊?，無線測溫系統(tǒng)具有如下特點。

由于安裝方式獨立，絕緣性好，可以大限度地避免大電流、高電壓對其造成的影響，因此對開關柜的安全運行沒有影響；可以直接測量開關柜內(nèi)元件溫度，且溫度傳感器精度高，因此可以更加準確地測量開關柜內(nèi)溫度變化情況；由于無線測溫裝置結構簡單，易于安裝，靈活性高，因此可以依據(jù)工程實際增加

監(jiān)測點的數(shù)量，進一步增加了開關柜運行的可靠性；由于無線測溫系統(tǒng)研制工作起步較早，因此具有優(yōu)良的操作平臺，且操作簡單，各功能的模塊化設計也方便了與其他裝置的連接，同時融入大數(shù)據(jù)平臺，可以更好地對溫度變化情況進行匯總收集，以便更好地對開關柜的性能進行升級優(yōu)化，因此具有很好的推廣價值；由于無線測溫系統(tǒng)體積較小，因此運行功耗較低，在確保溫度監(jiān)測水平可靠的前提下，可以更好地延長開關柜的使用壽命。

除此之外，針對開關柜內(nèi)空間狹小、易發(fā)生溫現(xiàn)象的特點，在安裝無線測溫設備時需注意以下幾點：一是在安裝溫度傳感器時需選擇容易發(fā)生溫度變化的部分，比如，觸電或接頭位置；二是在安裝過程中要避免影響其他設備的正常工作，保證安全距離；三是在安裝溫度接收儀時也要根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用掛壁式或嵌入式，確保開關柜的供電可靠性。

3.7 開關柜無線測溫技術發(fā)展前景

當前，隨著我國科技水平的迅速提升，無線測溫技術的研制與應用越來越多地引起國內(nèi)外專家學者的關注，同時也推動了電力企業(yè)對其進行更為廣泛的研究與開發(fā)，目前已有多種在線檢測系統(tǒng)應用于開關柜的溫度檢測中。無線測溫系統(tǒng)的應用大多針對開關柜中的關鍵部分，對其進行溫度的實時檢測與長期監(jiān)測，避免發(fā)生溫度過高現(xiàn)象，同時對其工作狀態(tài)進行監(jiān)測，避免發(fā)生重大安全事故。

通常情況下，無線測溫技術在開關柜中的應用具有很大的優(yōu)勢，其緊湊小巧的結構設計對開關柜原設計的影響非常小，因此安裝方便且施工成本低；其簡單的結構又降低了制造成本，因而可以大規(guī)模、廣泛地應用于開關柜中；另外，其可靠的監(jiān)測性能進一步提升了其應用前景。保證電網(wǎng)安全運行是一個系統(tǒng)工作，需要各個環(huán)節(jié)緊密配合，做好權責分工。同時，電網(wǎng)安全又是社會生產(chǎn)、人們生活與工作得以順利進行的基礎，對國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展起著不可忽視的影響，因此，提升開關柜的運行穩(wěn)定性，確保用電、供電安全是電力行業(yè)首要考慮的關鍵問題。由此可見，開關柜無線測溫技術的研制與應用具有十分廣泛的前景。

4.1概述

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

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(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。

4.2應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點某一時間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

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

4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)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)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

綜上所述，開關柜內(nèi)的導線連接處易發(fā)生溫升問題，影響因素是多方面的，這就要求相關電力單位做好無線測溫技術的研制與應用工作，保證供電可靠性，降低人工巡視成本，保障電力設備運行安全，大限度地避免安全事故的發(fā)生

[1]崔金奇．10kV高壓開關柜無線測溫技術分析[J]．通信電源技術，2020,37(5):45-46.

[2]崔士剛，郝建國，劉忠洋.開關柜無線測溫技術研制與應用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版．

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。主要從事溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應用。