10 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)分析

薛文生

廈門ABB開關(guān)有限公司 福建廈門 361101

伴隨著我國經(jīng)濟的繁榮，人們對供電質(zhì)的要求也變得越來越高，10 kV高壓開關(guān)柜作為配電系統(tǒng)中的重要組成部分，人們對其安全性和穩(wěn)定性有著更嚴(yán)苛的要求。將無線測溫技術(shù)應(yīng)用在10 kV高壓開關(guān)柜中，是電力行業(yè)應(yīng)用高新技術(shù)的重要體現(xiàn)。

這里的“10 kV高壓開關(guān)柜”指的是使用環(huán)境在10 kV電壓環(huán)境范圍內(nèi)的開關(guān)柜。其中高壓開關(guān)柜主要包含三個部分：柜體材料、功能單元和柜內(nèi)元件設(shè)備。這三者共同構(gòu)建而形成的配電裝置。對其進(jìn)行測溫則能夠更好地了解配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，避免高壓開關(guān)柜出現(xiàn)溫度過高而影響其性能和安全。

筆者在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，很多工作人員并沒有正確地使用對應(yīng)的無線測溫技術(shù)，導(dǎo)致測出來的溫度并不準(zhǔn)確，從而無法讓工作人員對問題進(jìn)行全面的分析，導(dǎo)致一系列安全事故的發(fā)生，甚至嚴(yán)重危害到工作人員的生命安全。因此，做好10 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的分析工作非常重要。

1 常用的幾種無線測溫傳感器的工作原理

我們依據(jù)無線測溫的傳感元器件的工作原理進(jìn)行劃分，主要將其劃分成以下5種：一是熱敏電阻溫度傳感器；二是紅外測溫傳感器；三是半導(dǎo)體傳感器；四是聲表面溫度傳感器；五是無源無線溫度傳感器。下面筆者將對這些無線傳感器一一進(jìn)行介紹[1]。

1.1 熱敏電阻溫度傳感器

熱敏電阻傳感器的工作原理主要是根據(jù)電阻伴隨著溫度的改變而出現(xiàn)一定的變化，在這一變化的過程中主要由電阻值的大小來體現(xiàn)出高壓開關(guān)柜中溫度的情況。

對于這一類型的傳感器來說，其優(yōu)勢集中在靈敏度上。而這一類傳感器的缺點是，相應(yīng)的電阻數(shù)值和溫度之間的存在關(guān)系相對較弱，很容易使得元器件出現(xiàn)老化的情況，不利于元器件的長久使用。且伴隨著時間的推移，其在溫度測量的精準(zhǔn)程度上會出現(xiàn)一定的偏差。

1.2 紅外測溫傳感器

紅外測溫傳感器的工作原理主要是利用黑體輻射的定律。這一定律指的是只要物體處在0以上都將生成紅外線。對于這一類型的測溫傳感器來說，由于是通過非接觸的形式來進(jìn)行測量的，即被測量物體在進(jìn)行測量時并不需要進(jìn)行直接接觸，因此不用對其進(jìn)行絕緣處理。這類傳感器的缺點是，很容易在溫度測量的途中受到其他因素的干擾，如被測物體的溫度和濕度等。

1.3 半導(dǎo)體傳感器

半導(dǎo)體傳感器的工作原理主要是將PN作為測溫的主體，原因是PN的大小會受到溫度影響而產(chǎn)生變化，通過使用恒定的電流大小，對輸出電流進(jìn)行檢測，從而確定出高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度高低。對于這一類型的測溫傳感器來說，其在精準(zhǔn)度上有著較高的水平，但是其在靈敏性上就稍遜于熱敏電阻，且其在反饋時間上也不如熱敏電阻快。這一類型的電阻主要具備不易老化和擁有較長的使用壽命的優(yōu)勢。

1.4 聲表面溫度傳感器

聲表面?zhèn)鞲衅髯钪饕奶卣髟谟谄錅y溫方式上，其主要采用無源測量的方式，并借助無線傳輸?shù)男问絹韺崿F(xiàn)溫度的測量。對于這一類型的測溫傳感器來說，其優(yōu)點是擁有小巧的體積，且可以不用電源來進(jìn)行工作。其缺點是難以實現(xiàn)無線信號的長距離傳輸，或者在傳輸?shù)倪^程中遇到障礙，測溫部位出現(xiàn)偏移等問題時，會引起測溫數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。

1.5 無源無線溫度傳感器

無源無線溫度傳感器主要是利用收集能量的形式讓傳感器得以驅(qū)動，它改變了以往電池驅(qū)動傳感器的傳統(tǒng)方式。由于這一傳感器主要是利用等電位的方法來對溫度進(jìn)行測量，因此使得高壓電力系統(tǒng)在運行過程中變得安全起來，且其收集能量的技術(shù)在環(huán)保和無污染上有著顯著的優(yōu)勢，因此無源無線溫度傳感器將成為日后無線測溫系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。

2 關(guān)于集成能量技術(shù)無源無線測溫系統(tǒng)的介紹

由于無源無線測溫系統(tǒng)有著顯著的優(yōu)勢，因此筆者對當(dāng)前最具有優(yōu)勢的集成能量技術(shù)的無源無線測溫系統(tǒng)進(jìn)行介紹[2]。

當(dāng)將其連接上交流電流之后，使得母排附近出現(xiàn)交變磁場的情況，之前無法利用這些磁場，但通過在母排上安裝了特殊合金帶之后，使得磁場可以跟著合金帶進(jìn)行流動。通過把有線圈環(huán)繞在合金帶上，可以實現(xiàn)部分電能的收集，而經(jīng)過一段時間電能的積累，其電量可以將MCU帶動起來，這時MCU可以將相關(guān)的溫度信息傳送到接收裝置中。

對于這種傳感器來說，由于其是通過交變磁場的形式來實現(xiàn)MCU的供電，因此使得傳感器在沒有電池的情況下可以實現(xiàn)長時間的工作，其平均使用壽命在10年以上，且較少需要工作人員對其進(jìn)行維護(hù)。

該合金帶與之前的硅鋼片有著顯著的不同，在硅鋼片中都有一個線性的位置。傳統(tǒng)的硅鋼片在電流經(jīng)過的時候，若是一次電流相對較大，那么二次電流就會無法將其能量釋放出來，這時其就會默認(rèn)通過熱的型式來進(jìn)行熱量的散發(fā)，從而很容易引發(fā)一系列的安全問題。而在特殊合金下，由于其所形成的線性面積非常小，能夠很快地讓磁場處于飽和狀態(tài)，即使是一次電流出現(xiàn)增加的情況，二次電流也不會出現(xiàn)較大的熱量，因此不需要使用扇熱器件進(jìn)行散熱，不使用散熱器件就不會使其出現(xiàn)渦流和溫升的情況。

3 無源無線溫度傳感器技術(shù)特點

3.1 安全性

我們都知道，無源無線測溫傳感器在體積上有著顯著的優(yōu)勢，當(dāng)完成安裝后，其所形成的高度不會對絕緣距離造成影響，這進(jìn)一步地強化了電氣設(shè)備的安全。

由于無源無線傳感器的信號傳輸距離可達(dá)20 m，滿足數(shù)據(jù)的接收工作要求，此時工作人員并不需要進(jìn)行過多的接收設(shè)備的安裝，僅需傳感器就可實現(xiàn)對溫度的測量，從而保障工作人員測量時的安全。這也是無源無線測溫傳感器具備安全性的重要原因之一。

3.2 準(zhǔn)確性

該無線傳感系統(tǒng)主要采用的是精度相對較高的數(shù)字傳感器，且通過接觸的方式進(jìn)行測溫。由于其通過接觸的方式實現(xiàn)溫度的感知，因此設(shè)備可較為準(zhǔn)確地捕捉到測溫點的溫度情況，并將相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)反饋出來，從而使數(shù)據(jù)更具準(zhǔn)確性。在傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)時，該無線傳感系統(tǒng)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗和核查，排查和篩選出錯誤的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步地保障溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這就是無源無線測溫傳感器具備準(zhǔn)確性的重要原因之一[3]。

3.3 靈活性

該技術(shù)擁有體積小的優(yōu)勢。工作人員可以將其應(yīng)用在動靜觸頭上，也可以將其安裝在變壓器的進(jìn)出線和刀閘接頭等其余位置上。由于其可以安裝在不同的位置，極大地便利了施工。且由于該傳感器的編號是單獨的，工作人員只需對其進(jìn)行配對即可，并不需要前期做好協(xié)調(diào)工作，也無需對材料進(jìn)行維護(hù)和更換。

這一傳感器主要是利用了頻分多址的技術(shù)，每個傳感器都是使用一個頻段，但是其在頻段的占有時間低于20 ms,因此即使有很多傳感器連接也不會對通信質(zhì)量造成影響。這就是無源無線測溫傳感器具備靈活性的重要原因之一。

3.4 易用性

無源無線溫度傳感器和其他傳感器一樣，使用的是相同的通訊架構(gòu)。工作人員可以對其接收系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一，從而更好地進(jìn)行多傳感器的數(shù)據(jù)采集，做到通訊之間無障礙溝通，并為其余的設(shè)備平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)各種接口的聯(lián)通，如：TCP/IP通訊接口等。

為了進(jìn)一步地便于工作人員操作，其在顯示頁面上也有著多樣化的特性，既可以顯示開關(guān)柜的操作節(jié)目，又可以提供變電站層次的界面，并實時把全省多地對應(yīng)的數(shù)據(jù)通過顯示屏幕顯示給工作人員。這就是無源無線測溫傳感器具備易用性的重要原因之一。

3.5 測溫范圍寬

對于無源無線測溫傳感器來說，由于其不用受到電池供電問題的束縛，其在電量的供應(yīng)上相對充足，即使在高溫的場景下照樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。就目前來說，其測溫大概在40～130間，通過應(yīng)用一些先進(jìn)技術(shù)之后，其測溫范圍將會變得越來越大。這就是無源無線測溫傳感器具備測溫范圍寬的重要原因之一。

4 結(jié)語

目前我國在10 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應(yīng)用上還存在著很多的問題，如：很多工作人員并不了解10 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的原理和特點，部分工作人員是按照相關(guān)的經(jīng)驗進(jìn)行操作，這不僅會在一定程度上影響到無線測溫技術(shù)在10 kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用，而且也無法保障10 kV高壓開關(guān)柜安全穩(wěn)定的應(yīng)用，容易引發(fā)一系列的安全事故，危害工作人員的生命安全。

因此，需要相關(guān)工作人員進(jìn)一步地對各種10 kV高壓開關(guān)柜常用的幾種無線測溫傳感器的原理和技術(shù)特點進(jìn)行了解并熟悉。工作人員唯有落實并掌握好相關(guān)的技術(shù)和原理，才能保障配電系統(tǒng)的安全性，令配電系統(tǒng)的運行變得更加穩(wěn)定，從而滿足人們對電力資源的需求。