10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應(yīng)用分析

翟麗麗+茌旭+吳孝兵+李華兵+何科技

摘 要 近幾年，隨著人們對供電質(zhì)量要求逐漸提高，高壓開關(guān)柜作為配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性也受到了人們的重視。本文主要研究的是10kV高壓開關(guān)柜的無線測溫技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，闡述了10kV高壓開關(guān)柜在無線測溫的技術(shù)特點(diǎn)及工作原理，最后總結(jié)了無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，應(yīng)用主要列舉了馬坦變電站的無源無線測溫系統(tǒng)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞 10kV高壓開關(guān)柜；結(jié)構(gòu)設(shè)計；無線測溫；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號 TD1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0044-02

1 10kV高壓開關(guān)柜常用幾種無線測溫傳感器的原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 無線測溫的原理

無線測溫的原理根據(jù)溫度傳感元件的不同可以分為4類，分別是：熱敏電阻溫度傳感器、紅外測溫傳感器、半導(dǎo)體傳感器、聲表面溫度傳感器、無源無線溫度傳感器，下面筆者將做進(jìn)一步的分析。

1.1.1 熱敏電阻溫度傳感器

熱敏傳感器的原理就是阻值會隨著溫度的變化而發(fā)生改變，通過阻值的大小來反映出溫度的高低。熱敏傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度比較高；缺點(diǎn)是，熱敏電阻值和溫度的線性關(guān)系比較差，元件容易老化，使用的壽命相對比較短，隨著使用壽命的縮短精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性就會？變差。

1.1.2 紅外測溫傳感器

紅外測溫傳感器主要是黑體輻射的定律，黑體輻射的定律：任何物體只要是高于零度，就都會發(fā)出紅外線。紅外線測溫傳感器的特點(diǎn)是采用的非接觸式測量，測量探頭和被測量的物體之間不需要任何遮擋物，也不需要做絕緣處理；缺點(diǎn)是在測溫的過程中容易受到溫度、濕度、輻射等因素的影響。

1.1.3 半導(dǎo)體傳感器

主要是將PN作為測溫的元件，原理是PN會隨著溫度的變化而變化，加強(qiáng)恒定電流，通過運(yùn)行中輸出電流的大小來反映出柜內(nèi)的溫度。半導(dǎo)體傳感器的精準(zhǔn)度相對比較高，但是靈敏度相對熱敏電阻要低一些，半導(dǎo)體傳感器反映的時間要比熱敏電阻更長一些。半導(dǎo)體電阻的優(yōu)點(diǎn)是不易老化、使用的壽命相比較長，具有很高的可靠性。

1.1.4 聲表面溫度傳感器

聲表面?zhèn)鞲衅髯畲蟮奶攸c(diǎn)就是測溫的方式為無源測量方式，通過無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行開關(guān)柜內(nèi)的溫度測量。聲表面?zhèn)鞲衅鞯膬?yōu)點(diǎn)是體積比較小，不需要電源就可以工作，缺點(diǎn)主要是因?yàn)闊o線信號的傳輸距離比較短，并且在傳輸?shù)墓こ讨胁辉试S有任何的阻礙物，被測溫部位如果發(fā)生位移或者是震動的情況機(jī)會導(dǎo)致聲表面波的相位發(fā)生變化，影響測溫的準(zhǔn)確性。

1.1.5 無源無線溫度傳感器

無源無線溫度傳感器使用能量收集方法取得能量以供傳感器使用，徹底拋棄了電池及傳統(tǒng)CT取電。該傳感器使用等電位方法使高壓電力系統(tǒng)更加安全可靠；能量收集（EH）技術(shù)具有可循環(huán)、無污染、低能耗的優(yōu)點(diǎn)，它建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)的基礎(chǔ)上，是以后無線測溫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

1.2 該測溫的技術(shù)特點(diǎn)

下面就目前較先進(jìn)的能量收集（EH）技術(shù)的無源無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行介紹，母排上通過交流電流的時候，在母排周圍會產(chǎn)生交變磁場，平時這些磁場都散發(fā)到空中，無法利用?，F(xiàn)在母排上加裝了特殊合金帶，讓原本散開的磁場部分通過合金帶流動，在合金帶上環(huán)繞有線圈，這樣線圈接頭兩端就能夠收集到微弱的電能，這些電能通過累積，在合適的時候放電帶動MCU工作，MCU采集到溫度信息，通過短距離無線發(fā)送到接收裝置。傳感器利用原本無用的交變磁場來給MCU供電，使得傳感器無需電池就能夠長期穩(wěn)定的工作，工作壽命大于10年，并且維護(hù)工作量幾乎為零。這種合金帶不同于普通的硅鋼片，硅鋼片有一個線性區(qū)域，一次電流與二次電流成線性關(guān)系，當(dāng)一次電流比較大的時候，二次電流產(chǎn)生的能量無處釋放，就智能以熱的型式散發(fā)出去，這就帶來了安全隱患。無源無線傳感器使用的特殊合金的線性區(qū)域非常小，磁場很快就飽和了，一次電流繼續(xù)增加，二次的電流幾乎不增加，這樣就無需扇熱器件，也不會導(dǎo)致渦流和溫升。

1.2.1 安全性

無源無線測溫傳感器體積很小，安裝完成后的高度與動觸頭鐵箍高度一樣高，幾乎不影響絕緣距離，不會對電氣設(shè)備的安全性能造成影響。

無源無線傳感器的信號從開關(guān)柜里面?zhèn)鞒鰜磉€能有20多米距離，因此沒有在開關(guān)柜里面安裝接收設(shè)備，也沒有布置線纜，也沒有安裝天線，僅僅安裝了傳感器而已，不會對電氣設(shè)備安全造成影響。

1.2.2 準(zhǔn)確性

無線傳感系統(tǒng)的器件主要是進(jìn)口的高精度數(shù)字傳感器，均采用的是接觸式的測溫方式。傳感器可以接近發(fā)熱點(diǎn)，并能夠快速精準(zhǔn)的測量測溫點(diǎn)的溫度變化，最終的測量結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

所有數(shù)據(jù)傳輸過程都有校驗(yàn)，校驗(yàn)錯誤的數(shù)據(jù)都被丟棄，因此不會因?yàn)閭鬏斣斐蓽囟炔粶?zhǔn)確。

1.2.3 靈活性

體積小，可以安裝在動觸頭，也可以安裝在靜觸頭，也可以安裝變壓器進(jìn)出線，也可以安裝在刀閘接頭等位置，一種傳感器多種安裝方式，給施工帶來方便。

傳感器出廠的編號都是唯一的，在接收裝置上配對即可，無需前期協(xié)調(diào)，維護(hù)更換也無需特殊生產(chǎn)。

傳感器采用頻分多址技術(shù)，每個傳感器采用同一個頻段通訊，占用頻段不超過20毫秒，因此1000只在一起都不會互相影響通訊。

1.2.4 易用性

無源無線溫度傳感器與其他環(huán)境溫濕度、帶電顯示、抽濕機(jī)、位移傳感器等傳感器采用統(tǒng)一的通訊結(jié)構(gòu)，可以統(tǒng)一的接收裝置，便于以后加裝傳感器采集其他物理量。并且集成標(biāo)準(zhǔn)MODBUS協(xié)議，61850協(xié)議，與其他廠家通訊無障礙。

為與其他平臺共享數(shù)據(jù)，提供了多種共享接口。有RS485通訊接口，有TCP/IP通訊接口，有RS232通訊接口，有光纖通訊接口。

為了便于客戶現(xiàn)在，提供了幾種顯示界面，提供了開關(guān)柜單獨(dú)顯示界面，也提供變電站級別的顯示界面，同時還可以把全省的數(shù)據(jù)集中在服務(wù)器上顯示。

1.2.5 測溫范圍寬

無源無線測溫傳感器擺脫了電池供電的缺陷，供電比較充足，因此在高溫情況下也能發(fā)送數(shù)據(jù)。測溫范圍是-45℃～125℃，廠家還在繼續(xù)升級，下一代有望測溫范圍達(dá)到-45℃～135℃。

2 無源無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用——在馬坦變電站中的使用

為了提高馬坦變電站的維護(hù)水平，及時消除高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題，選取了杭州休普的無線測溫系統(tǒng)，具體如圖1所示。根據(jù)相關(guān)的要求，結(jié)合實(shí)際的情況進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，進(jìn)行溫度初次測量，然后進(jìn)行初次的軟件測試，然后將無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用效果和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體的測溫系統(tǒng)調(diào)試如圖2所示。馬坦變電站的10kV高壓開關(guān)柜安裝了無線測溫系統(tǒng)之后，有效對開關(guān)柜內(nèi)的溫度進(jìn)行了測量。經(jīng)過3個多月的10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度測量，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，有效地驗(yàn)證了無線測溫系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。馬坦變電站在使用了無線測溫技術(shù)之后，有效地控制了10kV高壓開關(guān)柜發(fā)熱故障問題，保障了電力的正常運(yùn)行。

3 結(jié)論

綜上所述，傳統(tǒng)的無線測溫技術(shù)已經(jīng)很難適應(yīng)10kV高壓開關(guān)柜的溫度測量的需要。而高壓開關(guān)柜又是配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，一旦發(fā)生事故就會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。采用無線測溫技術(shù)進(jìn)行10kV高壓開關(guān)柜的溫度測量，測量器件安裝更加的方便快捷、測量的最終數(shù)據(jù)更加的準(zhǔn)確，更加適應(yīng)當(dāng)下科技迅速發(fā)展的時代。在今后的測溫技術(shù)中，需要根據(jù)實(shí)際的使用情況，將無線傳感器使用中所遇到的問題進(jìn)行總結(jié)研究，在不斷的學(xué)習(xí)、摸索中完善測溫系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃詩敏.10kV開關(guān)柜局部放電帶電檢測技術(shù)應(yīng)用與仿真分析研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2015.

[2]蘇樂平.10kV開關(guān)柜無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[D].廣州：華南理工大學(xué)，2015.