淺談基於無源測溫的變電設備溫度在線智能監測預警技術研究

侯文莉
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：針對目前變電設備運行溫度在采集傳(chuan) 感器的供能、數據傳(chuan) 輸和遠程監控功能不足問題，本文開發出一種基於(yu) 無線無源測溫傳(chuan) 感器的變電設備溫度在線智能監測預警係統，主要解決(jue) 高電壓、強電場幹擾環境下對變電運行設備溫度實時準確采集和數據可靠傳(chuan) 輸問題，同時實現對變電站各類運行設備溫度的統一集中監測、趨勢分析、異常預警及聯動保護裝置跳閘保護等功能，有力提高運維人員對設備隱患的預控能力，有效防止溫度異常造成的事故，確保電網及設備運行。

關(guan) 鍵詞：無源溫度傳(chuan) 感器在線監測異常預警

0 引言
  變電站母線、電纜、斷路器、互感器等運行設備由於(yu) 長期工作在高電壓、大電流環境條件下，對各設備溫度的監測維護是保證電網可靠工作的環節。尤其是高壓開關(guan) 櫃、組合電器等封閉式運行設備，自身散熱條件較差，而且依靠人工定期測溫的方法很難完成對櫃內(nei) 設備溫度的直接測量和在線監測。由於(yu) 缺乏行之有效的設備溫度在線監測預警係統，近年來關(guan) 於(yu) 變電站內(nei) 設備運行溫度過高造成的火災事故時有報道，嚴(yan) 重影響電網供電可靠性，同時也給電力企業(ye) 造成了較大的經濟損失甚至是人身傷(shang) 亡。
  因此，采用合理有效且數據可靠的溫度檢測技術對互感器、母線、電纜及動作開關(guan) 觸頭等易發熱部位進行溫度實時在線監控，及時發現設備運行溫度異常隱患並實現異常告警，對於(yu) 保證變電站設備可靠運行具有十分重要的意義(yi) 。

1 溫度測量技術發展現狀
1.1 傳(chuan) 統接觸式測溫技術
  傳(chuan) 統接觸式測溫方法主要以熱電偶測溫和熱電阻測溫為(wei) 代表。熱電偶是基於(yu) 賽貝克效應采集導體(ti) 回路熱電流信號實現溫度測量的。熱電阻測溫是基於(yu) 熱敏電阻特性實現對物體(ti) 溫度的測量。接觸式測溫的優(you) 點是測量精度高、範圍大，但對環境變化也比較敏感，通常需增加補償(chang) 裝置，且要與(yu) 被測對象直接接觸。在變電站內(nei) 對高壓設備進行溫度接觸式測量，一方麵是操作不便，隱患大；另一方麵是需要金屬導線傳(chuan) 輸信號，絕緣性能不能保證。

1.2 非接觸式測溫技術
  非接觸式測溫技術典型的應用是基於(yu) 物體(ti) 輻射的紅外線測溫方法、以及基於(yu) 溫度變化對光柵波長變化的光纖光柵測溫方法。
紅外測溫傳(chuan) 感器（也稱紅外探頭）是市麵上應用較普遍的一類非接觸式測溫裝置，測溫速度快、靈敏度高，但由於(yu) 對設備自身材質和測溫環境及距離等有較高要求，因此通常隻用來測量物體(ti) 表麵溫度，對金屬類物體(ti) 測溫誤差較大，無法實時測量，不具有監測功能。
  光纖測溫傳(chuan) 感器依靠其靈敏度高、抗幹擾性強、體(ti) 積小等特點，目前主要應用於(yu) 測量領域。但其係統整體(ti) 造價(jia) 成本較高，安裝布線較複雜且一定要停電操作，光纖易折、不耐高溫，在應用上具有一定局限性。
  此外，無線測溫技術是近年來新型的一種集成測溫傳(chuan) 感器和無線通信技術的測溫方法。主要是利用有源溫度傳(chuan) 感器進行溫度測量，然後通過傳(chuan) 感器集成的無線發射模塊實現數據傳(chuan) 輸，初步具備了溫度在線監測的基礎。傳(chuan) 感器取電方式普遍采用有源方式，即通過鋰電池取電，存在電池電量狀態無法監控和盲目更換等問題。因此，測溫裝置可靠供電是目前在線測溫係統亟待解決(jue) 的問題之一。
  本文在充分研究總結上述各類測溫手段優(you) 劣特性的基礎上，綜合考慮測溫裝置的可靠性和經濟性，研製一種新型的無線無源測溫傳(chuan) 感器，其技術突破在於(yu) 裝置的供能單元采用“無源"供電模式，並基於(yu) 此開發一套變電設備溫度在線智能監測預警係統。

2 變電設備溫度在線智能監測預警係統設計
  本文設計開發的變電設備溫度在線智能監測預警係統，融合數據采集處理技術、無線通信傳(chuan) 輸技術，對高壓強電磁幹擾環境下變設備實現運行溫度實時準確監測。同時實現對變電站各類運行設備溫度的統一監測和趨勢分析、異常預警及聯動跳閘保護等功能，方便運維管理人員及時有效的處理設備事故隱患。
  變電設備溫度在線智能監測預警係統主要由無線無源溫度傳(chuan) 感器，無線測溫終端，後台監控主機等三部分組成。

2.1 無線溫度傳(chuan) 感器
  無線無源溫度傳(chuan) 感器主要由溫度采集模塊和無線通信模塊構成。為(wei) 保證數據傳(chuan) 輸連續可靠，采用抗幹擾性能強的無線通信模塊。其中，序號1是取電合金片：用於(yu) 感應取電；序號2是模塊主體(ti) ：實現數據采集發送；序號3是溫度傳(chuan) 感器探頭，能以磁吸附或卡扣方式固定於(yu) 測溫點。

2.2 無線測溫終端
  無線測溫終端主要實現傳(chuan) 感器數據的收集，並能通過GPRS網絡自動上傳(chuan) 到後台監控主機，也可以按照主機的召喚指令上傳(chuan) 監測點溫度數據。終端結構設計簡單，體(ti) 積小，可以方便地安裝在開關(guan) 櫃、PT櫃、配電箱或分支箱內(nei) 。

2.3 後台監控主機
  後台監控主機主要由通信單元、智能控製單元、顯示單元等組成。
無線測溫終端可以把溫度數據通過GPRS模塊發送到通訊單元接收模塊上，通信接收模塊可接收5萬(wan) 個(ge) 測溫終端發送的數據，並通過串口線將數據發給智能控製單元；控製單元實現溫度信息數據比對、趨勢分析、異常報警、聯動線路跳閘、查詢、召喚及記錄等；顯示單元進行數據顯示，也可以通過曲線和表格的形式直觀顯示。

2.4 功能特點
（1）溫度超限預警：設定設備運行溫度限值，通過數據比對實現溫度超限的預警。
（2）趨勢分析預警：當溫度變化率較快，超出設定值後進行預警。
（3）主動上報和主站召喚：可設定按照固定周期（如1min或5min一次）主動上傳(chuan) 溫度數據，也可以在後台主機召喚時即時上傳(chuan) 監測點溫度數據。
（4）故障跳閘保護：設備溫度異常報警後可聯動繼電保護裝置實現跳閘保護。
（5）異常自動記錄及統計功能：實現變電設備異常數據自動記錄、統計，便於(yu) 後期分析和有針對性製定監控和預防措施。

3 安科瑞無線測溫係統介紹與(yu) 選型
  安科瑞無線測溫監控係統是根據當前無線測溫係統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內(nei) 外廠家的成功案例，並結合安科瑞多年來的豐(feng) 富經驗，采用麵向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款專(zhuan) 業(ye) 的無線測溫軟件。
 

3.1 Acrel-2000T無線測溫係統結構
  Acrel-2000T無線測溫監控係統通過RS485總線或以太網與(yu) 間隔層的設備直接進行通信（如圖1），係統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳(chuan) 輸規約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。
  Acrel-2000T無線測溫監控係統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監控無線測溫係統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴(yan) 重故障發生。
  Acrel-2000T無線測溫監控係統主要特點是開放式係統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐(feng) 富。該係統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界麵，方便的擴充手段。其軟件係統的設計依據軟件工程的設計規範,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界麵、圖形組態、數據庫管理係統、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無線測溫係統結構圖

3.2 Acrel-2000T無線測溫係統功能
■實時監測
Acrel-2000T無線測溫監控軟件人機界麵友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據及有關(guan) 故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度曆史曲線（1分鍾、5分鍾、60分鍾可選）
■運行報表
查詢各回路設備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出告警。
■設備提供以下凡種告警方式：
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.
C.短信吿警，可以向發送吿警信息短信（需選配）.
■曆史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監控係統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統和告警等事件進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。
■用戶權限管理
Acrel-2000T無線測溫監控係統為(wei) 保障係統穩定運行，設置了用戶權限管理功能。
通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義(yi) 不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為(wei) 係統運行、維護、管理提供可靠的保障。
■定值設置
用於(yu) 修改高溫定值、超溫定值。
■WEB（可選）
展示頁麵顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個(ge) 數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界麵。
實時數據曲線可監測各個(ge) 回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁麵通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。
能耗統計頁麵顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環比，用電排名。
運維管理\通信狀態顯示監測接入係統設備的通信狀態。
■手機APP（可選）
設備數據員麵顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

3.3 安科瑞ARTM係列無線測溫終端產(chan) 品選型
  安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳(chuan) 感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳(chuan) 感器直接安裝於(yu) 斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳(chuan) 至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫係統（如圖2）。

圖2 電氣接點在線測溫結構圖

3.3.1 安科瑞無線溫度傳(chuan) 感器
  無線溫度傳(chuan) 感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、紮帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳(chuan) 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(chuan) 感器。

3.3.2 安科瑞無線收發器
  無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳(chuan) 感器型號進行匹配，同時傳(chuan) 感器的傳(chuan) 輸距離決(jue) 定接收裝置能否多櫃接收。

3.3.3 安科瑞顯示終端
  顯示裝置通過RS485連接收發器，可嵌入式安裝於(yu) 櫃體(ti) 上，若櫃體(ti) 開孔不便，也可選擇壁掛式安裝於(yu) 配電室內(nei) 。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在後台係統查看現場情況。

4結語
  本文研究開發的基於(yu) 無源測溫的變電設備溫度在線智能監測預警係統已經在試點變電站進行安裝應用。截至目前，測溫裝置在取電、測溫、數據傳(chuan) 輸等方麵指標均符合預期目標，具備大範圍推廣應用基礎。溫度在線智能監測預警係統實現了變電運行設備溫度的在線監測和異常預警功能，大幅減少現場測溫頻次和工作強度，溫度測量更加及時準確，在提高設備運行效率和減少監控係統重複投資方麵，能夠降低運維及建設成本，帶來巨大的經濟效益，同時也為(wei) 智能電網傳(chuan) 感器係統的精細規劃和布局提供數據參考和實踐依據。

【參考文獻】
[1]李琮,孫英濤.高壓開關(guan) 櫃溫度在線監測技術研究[J].山東(dong) 電力技術,2017(9):77-80.
[2]高樂(le) 天,張朝峰,張紅哲,張軍(jun) 龍,李蒙慧.基於(yu) 無源測溫的變電設備溫度在線智能監測預警技術研究.
[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版.

作者簡介：侯文莉，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從(cong) 事無線測溫係統的研發與(yu) 應用