淺談10KV高壓開關柜無線測溫技術分析與應用

時間：2021-4-2閱讀：2642

安科瑞鮑靜君

　　摘要：保障電力系統穩定安全運行的一個重要部分為高壓開關柜。高壓開關柜的運行狀態非常關鍵，因為整體溫度太高會逐漸損耗其電氣設備。分析10kV高壓開關柜無線測溫技術，闡述10kV高壓開關柜無線測溫系統的設計、技術特點及工作原理，總結了無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用。

　　關鍵詞：電氣設備；高壓開關柜；無線測溫技術

　　1 10kV高壓開關柜無線測溫系統的整體設計

　　1.1整體設計

　　本文選擇KYN型開關柜作為研究對象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關設備、移動式結構以及戶內裝置。根據10kV高壓開關柜的安全運行需求，10kV高壓開關柜的整體設計從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對系統的設計分析，主要由3部分組成，即高壓測發射端、低壓側接收端以及上位機數據處理控制。這一設計考慮到KYN型開關柜所具備的6個梅花觸頭，并提供了藍牙數據傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側電源，DS18B20溫度傳感器測量觸頭溫度，系統由此能夠準確反映觸頭溫度變化。

　　1.2溫度傳感器的選擇

　　一般工業場所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個傳感器可以發現，每一個傳感器自身都有明確的溫度測量范圍。明確的溫度測量范圍值，可以認知其傳感器的適應溫度環境的變化程度。結合設計成本和難度，絕大多數10kV高壓開關柜無線測溫系統都會選擇應用DS18B20溫度傳感器。究其原因，主要是其DS18B20溫度傳感器的價格比較實惠，同時具備高精度測量、簡便的測溫路線以及使用拓展性方便的優勢。

　　1.3高、低壓側信號傳輸方式選擇

　　無線信號傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關柜無線測溫系統設計的良好程度。無線信號傳輸方式有藍牙技術、紅外技術等。但是，由于不同技術的抗干擾性以及功耗有所不同，因此10kV高壓開關柜無線測溫系統在無線信號傳輸方式上主要選擇藍牙技術。

　　1.4高壓側供電方式選擇

　　供電電源間的高壓側電路需要滿足不間斷供電、抗干擾能力強以及高穩定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是，10kV高壓開關柜無線測溫系統主要應用了CT互感器電源供電方式，因為CT互感器電源供電更能滿足高壓側電路多種需求點，同時具備結構安全、應用成熟以及使用環境優良的優勢。

　　2 10kV高壓開關柜無線測溫傳感器的原理

　　2.1無線測溫原理

　　結合不同的溫度傳感元件進行測溫就是無線測溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測溫傳感器、半導體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

　　2.2熱敏電阻溫度傳感器

　　針對不斷變化的溫度，它的阻值也呈現出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過來，可以結合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優勢也由此顯現，即具備的靈敏度，劣勢即熱敏電阻值與溫度的線性關系變差，進一步導致元件被老化，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限，還會隨著長時間的使用使其溫度測定度和穩定性變差。

　　2.3紅外測溫度傳感器

　　黑體輻射定律就是紅外測溫度傳感器應用原理，即任意一個物體只要高于0℃，就會不自覺地發射出紅外線。它的特點就是應用非接觸式的測量，所以測量探頭以及被測物體不需要進行遮擋，也不用做出多種絕緣處理。但是，紅外測溫度傳感器非常容易受到溫度、濕度以及輻射等因素的影響，導致測溫精度出現偏差。

　　2.4半導體傳感器

　　PN作為一個測溫元件，它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發生變化。通過加強恒定電流的方式，結合運行狀態中電流的大小，測定其高壓開關柜的溫度。雖然這種方式測定的溫度高，但是整體的靈敏度不如熱敏電阻，因為其反應的時間較長。然而，半導體傳感器不易老化，而且整體的使用年限較高，因此具有的可靠性。

　　2.5聲表面溫度傳感器

　　聲表面溫度傳感器測溫方式非常特殊，即為無源測量，可以借助無線傳輸測量高壓開關柜的具體溫度。整體優勢是體積小，不用結合電源，但是整體的傳輸距離短，且整個傳輸過程不能有障礙物，否則易發生位移和震動的情況，非常容易產生聲表面相位變化，影響其測溫值的準確性。

　　2.6無源無線溫度傳感器

　　應用能收集方式進行能的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能需求，即可以充分摒棄傳統電池和CT取電的方式。整個無源無線溫度傳感器安全可靠性高。整個能收集技術沒有污染，還有可循環、低能耗的優點。因此，未來的無線測溫系統的發展大多會建立在微電子技術與微功耗技術上，并呈現出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。

　　3 無線測溫系統的技術特點

　　3.1安全性

　　獨立式的電位絕緣安裝的無線測溫系統，是可以大范圍規避其爬電帶來的不良影響的系統，還能提升電氣設備的安全性能。因此，整個無線測溫系統的技術呈現為高的安全性。

　　3.2準確性

　　無線測溫系統應用的器件大多數為高精度數字傳感器，而且這些器件為進口材料，可以充分肯定測溫方式多為接觸式。整個傳感器的位置非常接近發熱點，可以實現快速測定溫度點的溫度變化的目標，顯示出無線測溫系統的整體測量。

　　3.3

　　由于無線測溫器件本身體積較小，所以整個器件安裝過程非常便捷，整個組網也非常靈活，即可以應用無線或者有線的網絡連線方式。器件的體積小還能方便多個監控點的安裝，得到的測量數據。

　　3.4易用性

　　無線測溫系統的整個操作平臺主要是應用模塊化設計，因此會更加便捷性地鏈接其網絡，進而得到自動化控制系統，且整體的使用性能也更加方便。

　　3.5功耗低

　　低功耗的設計理念應用于無線測溫，可以達成正常測溫的目的，同時提升無線測溫傳感器的使用年限。

　　4 10kV高壓開關柜無線測溫技術的應用

　　現階段，我國多個企業公司的科研院校以及部門都已經研制出多個不同類型的10kV高壓開關柜無線溫度在線檢測測量系統。比如，某一公司早已研制出一種特殊裝置，從正常層面上認知其裝置是一種非接觸型溫度監測系統，主要的監測功能是進行配電開關柜中一個特定部位溫度連續性的監控，且這個監測部位是整個10kV高壓開關柜的關鍵部位。監測其部位的目的是得到運行工作狀態以及溫度，同時其非接觸型溫度監測系統還監測斷路器的工作狀態。整個非接觸型溫度監測系統使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件。*，石英晶體聲表面波元件應用到10kV高壓開關柜無線測溫技術中，主要作為溫度元件。該溫度元件會直接粘貼在待測的位置點。由溫度元件組成的10kV高壓開關柜會組成振蕩回路輸出與溫度有關的頻率信號。10kV高壓開關柜無線測溫技術應用其中，能充分滿足系統并發揮其自身的數字化特點，進一步減小強電場的干擾性，達到過熱警報的目的。此外，監控設備還可以借助微機聯網方式，得到集中式監測。

　　實際應用到10kV高壓開關柜中的無線測溫系統的優勢非常明顯，即性能可靠、結構簡單、體積小、便捷安裝和操作。因此，多數10kV高壓開關柜都會應用無線測溫系統進行相應的測溫。同時，整個無線測溫系統的價格并不高，是人們可接受的系統價格范圍。小巧結構設計的無線測溫模塊便于變動其開關柜，即進行開關柜配套時，即使原柜結構沒有發生變動，也能進行快速安裝工作。只要對應開關柜配件，再打上相應的安裝孔，就能實現快速安裝。整個安裝過程不會影響原有的開關柜的無線測溫系統性能，尤其是針對開關柜的絕緣性能，安裝過程中絕緣性能非常好。智能電網的安全生產是一個龐大且繁雜的系統工程，經過不斷發展系統工程，明確系統工程作為電力公司以及全社會改革與創新的前提，能不斷推動我國智能電網的發展進程。國家早在2006年就發布了多個系統電力設備安全使用的重要文件，明確認知其國家優先發展以及實施的主體是智能電網安全保障。我國當前處于經濟發展的增長時期，國家電網的電力供電量已經不能滿足居民的日常生活和社會生產需求。因此，國家加大電網的供電量，但這樣會導致電網電器，設備出現隱患，尤其是對于智能電網末端的10kV高壓開關柜。因此，只有確保高壓開關柜的安全，才能進一步電網溫度監測效果。

　　5安科瑞Acrel-2000T無線測溫監控系統及在線測溫產品介紹

　　5.1系統介紹

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統，是我司根據電力設備安全性的要求，總結國內外的研究和生產的經驗，專門研制出的新一代無線測溫監控系統。本系統具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發現問題，去除隱患，確保電力系統的安全運行。為電力設備的安全、經濟、可靠運行提供了全新的解決方案。

　　5.2結構圖