電力設備是將電能平穩(wěn)輸送到千家萬戶的基本保證。10kV高壓開關(guān)柜是整個配電系統(tǒng)中的重要電氣設備。配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行及優(yōu)良的供電質(zhì)量，都依賴高壓開關(guān)柜的可靠性。因此，急需對高壓開關(guān)柜的優(yōu)化設計以及日常的正常使用展開系統(tǒng)化和的分析，在不斷實踐的過程中積累成功的經(jīng)驗，確?？梢酝咨铺幚砀邏洪_關(guān)設備異常狀況。
本設計選用KYN型開關(guān)柜，其中K指鎧裝式金屬封閉開關(guān)設備，Y指移開式結(jié)構(gòu)，N指戶內(nèi)裝置。依照該高壓開關(guān)柜安全運行要求，無線測溫系統(tǒng)的整體設計需考慮系統(tǒng)體積、絕緣性能、可靠性能以及經(jīng)濟成本等方面。因此，這一系統(tǒng)的設計共可分為高壓側(cè)發(fā)電端、低壓側(cè)發(fā)電端以及上位機數(shù)據(jù)處理控制3個部分。設計KYN型開關(guān)柜需要6個梅花觸頭，同時需要提供拉按壓數(shù)據(jù)傳輸渠道，因此使用CT互感器作為高壓側(cè)電源，利用溫度傳感器監(jiān)測觸頭的溫度。該系統(tǒng)能夠感應觸頭溫度的變化，如圖1所示。
圖110kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的整體設計
1.2溫度傳感器的選用
工業(yè)場所中使用的溫度傳感器主要包括熱電偶溫度傳感器、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4種類型。每一種溫度傳感器都有屬于自己的溫度測量范圍，可以良好適應溫度變化的環(huán)境?？紤]到系統(tǒng)設計的成本與難度，10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)選用溫度傳感器。這是一種集成式溫度傳感器，具有價格低廉、使用便捷、測量精度高、測溫電路簡單、便于擴展以及占用口線較少等優(yōu)點。這種集成式的溫度傳感器能夠為高壓開關(guān)柜的安全運行提供保障。
1.3高低壓測信號傳輸方式選擇
為了確保10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設計合理，需選擇科學實用的無線信號傳輸方式。常見的無線信號傳輸方式有藍牙技術(shù)、IEEE802.11、紅外技術(shù)以及Zigbee技術(shù)等?？紤]到這些技術(shù)的抗干擾性能、功耗以及標準，選擇藍牙技術(shù)作為10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的無線信號傳輸方式。
1.4高壓側(cè)供電方式選擇
實用的高壓側(cè)電路供電電源需要具備持續(xù)不斷的供電性、較強的抗干擾能力、穩(wěn)定的輸出以及較小的體積。通過研究激光供電、太陽能供電、電池供電以及CT互感電源供電發(fā)現(xiàn)，CT互感器電源供電可以切實滿足高壓側(cè)電路的要求，同時在使用環(huán)境、應用成熟度與結(jié)構(gòu)安全等方面具備較大的使用優(yōu)點。因此，10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)選用CT互感器電源作為供電方式。
2.10kV開關(guān)柜無源無線測溫系統(tǒng)框架分析
高壓設備無源無線溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)的預警系統(tǒng)主要由采集設備和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)使用樹狀網(wǎng)絡式結(jié)構(gòu)。各級變電站中的高壓室為一層，將無源無線溫度傳感采集設備安裝在高壓室中的每一個封閉式開關(guān)柜內(nèi)，主要包含6個無源無線溫度傳感器和1個無線測溫終端機。將6個傳感器分別安裝在比較容易發(fā)熱的接觸點位置，如出線接頭、梅花觸頭以及進線接頭等。終端機安裝在開關(guān)柜內(nèi)的低壓室中。二層是變電站。在每個變電站安置1個無線測溫前置機，收集各采集終端機設備的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)打包整體經(jīng)由IP網(wǎng)絡輸送至巡檢中心。第三層是巡檢中心。每個巡檢中心需要配置1臺監(jiān)控服務器，以顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設備的溫度數(shù)據(jù)。如果有必要，各巡檢中心還可以把溫度信號傳輸至電力公司的主站服務器。第四層是系統(tǒng)的主站服務。主站服務器可以為后臺服務人員提供的溫度信息，以便工作人員及時做出有效的安排與處理。
鎧裝開關(guān)柜電氣設備無源無線測溫系統(tǒng)的功能是實時監(jiān)測溫度，以保證預警與報警雙重功能設置。同時，這種系統(tǒng)操作簡潔且數(shù)據(jù)顯示形象多元，具體功能主要由第三層與第四層實現(xiàn)。它的功能主要包括以下4個方面。24h監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度變化，以及時對缺陷故障做出判斷。保存電氣設備的歷史溫度數(shù)值，便于后續(xù)的比較與分析。統(tǒng)計分析溫度數(shù)據(jù)，同時繪制相關(guān)的數(shù)據(jù)圖表，便于查看。實時監(jiān)測溫度值是否處于高溫預警狀態(tài)。
3.10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的調(diào)試應用
3.1系統(tǒng)調(diào)試
硬件與軟件的調(diào)試將對10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)自身真正發(fā)揮功能具有關(guān)鍵性作用。因此，相關(guān)人員積重視各功能模塊的調(diào)試。
3.1.1硬件調(diào)試
系統(tǒng)硬件調(diào)試的流程是PCB裸板測試、上電操作、源調(diào)試以及主芯片硬件調(diào)試，如表1所示。
表110kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)硬件調(diào)試
3.1.2軟件調(diào)試
系統(tǒng)的軟件調(diào)試主要包含溫度采集調(diào)試模塊、藍牙通信調(diào)試模塊以及LCD顯示調(diào)試3方面內(nèi)容。溫度采集模塊的作用是對比溫度數(shù)值變化來判別測溫程序是否正常運行。藍牙通信模塊的調(diào)試主要由兩部分組成：一部分是高壓側(cè)單獨調(diào)試，以串口助手為支撐，以驗證PC接收到的數(shù)據(jù)是否正確；另一部分是對高壓側(cè)向低壓側(cè)輸送數(shù)據(jù)的調(diào)試，借助串口助手向PC進行傳輸以驗證其正確性。LCD顯示調(diào)試需要依照控制時序。10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)真正投入使用，需要完成硬件與軟件的調(diào)試。
3.2具體應用
為了驗證 10kV 高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的有效性，在經(jīng)常發(fā)生高壓開關(guān)柜發(fā)熱問題的變電站展開應用。對現(xiàn)場的實際情況進行現(xiàn)場調(diào)試、溫度初次測量以及初次軟件測試后，綜合分析其測試結(jié)果，評估變電站應用開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的使用效果。結(jié)合3個月的數(shù)據(jù)進行分析，表明設計的10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)具有有效性和實用性，可妥善解決與處理干擾變電站多年的高壓開關(guān)柜發(fā)熱問題。
3.3效益分析
一方面，無線測溫系統(tǒng)可以持久不間斷地監(jiān)測開關(guān)柜的溫度，及時收集并發(fā)送準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以免電氣設備由于溫度過高而導致電網(wǎng)出現(xiàn)故障。同時，該系統(tǒng)可以提供及時的報警提示，確保工作人員時間解決出現(xiàn)的異常問題，以免造成嚴重損失。另一方面，無源無線測溫系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的被動檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訖z修，依次為狀態(tài)檢修準備數(shù)據(jù)資料，確保電網(wǎng)運行的安全性與可靠性。
4.安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹
4.1概述
開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進行測溫的系統(tǒng)，可對開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進行實時監(jiān)測，方便運維人員及遠程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設備運行情況。
4.2應用場所
變電所，配電室，箱變等
配電室箱變數(shù)據(jù)中心機房
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監(jiān)測預警工作站三部分組成，
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。
4.4.2溫度查詢
溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：
4.4.3運行報表
查詢各回路設備運行溫度報表。
4.4.4實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設備提供以下幾種告警方式：
1）彈出事件報警窗口。
2）實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。
3）短信警告?？梢韵?/div>
4.4.5歷史告警查詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
4.4.6用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
4.4.7定值設置
用于修改高溫定值、超溫定值。
WEB，手機APP（可選）：
通過和手機APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息，設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。
4.5.產(chǎn)品選型
4.5.1無線測溫傳感器選型
4.5.2收發(fā)器選型
4.6典型配置方案
4.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫（單柜就地顯示）
a）配置方案
說明：ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收60只無線溫度傳感器 ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b）安裝實例
ARTM-PnATE100接點測溫ATE200母排測溫ATE400斷路器觸頭測溫
4.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫帶操顯功能（單柜就地顯示）
a）配置方案
說明：ASD320通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b）安裝實例
ASD320ATE200觸頭測溫ATE400母排測溫ATE100M柜體測溫
4.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫（集中就地顯示/就地無顯示）
a）配置方案
說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器 ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
b）安裝實例
ATP070ATCATE200接點測溫ATE200電容器表面測溫
4.6.4就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場）
方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：
說明：Acrel-2000/A通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
方案二：Acrel-2000T/B就地集中顯示：
說明：Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實現(xiàn)集中顯示，同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機保護、電力儀表等電力監(jiān)控設備進行監(jiān)測。
4.6.5低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫
a）配置方案
說明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線連接，Pt100傳感器客戶自配，測量低壓電氣接點時Pt100傳感器需做好絕緣處理。
b）安裝實例
ARTM-8PT100
5.結(jié)語
10kV 高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的使用可以推動我國電力事業(yè)的進步。10kV 高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)針對各類高壓開關(guān)柜事故具有良好的預防效果，因此在變電站的具體項目建設中需要具備堅實的理論知識，以確保 10kV 高壓開關(guān)柜安全穩(wěn)定運行。
參考文獻
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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06月版.
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更新時間：2023-07-24 
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