高壓帶電設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

呂 鑫，吳瑞春，申 潔

(1.廊坊供電公司，河北 廊坊 065000；2.浙江省臺(tái)州電業(yè)局，浙江 臺(tái)州 317000；3.浙江省臨海供電局，浙江 臺(tái)州 317000)

1 高壓帶電設(shè)備溫度檢測(cè)現(xiàn)狀

高壓帶電設(shè)備的可靠性至關(guān)重要，如果缺陷(如接觸性能不良)或故障而致使其溫度升高，不及時(shí)診斷并排除，會(huì)導(dǎo)致其長(zhǎng)時(shí)間高溫運(yùn)行，嚴(yán)重破壞絕緣，大大縮短設(shè)備的正常運(yùn)行壽命，并且會(huì)逐漸演變惡化形成事故或損壞設(shè)備，影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常工作。掌握電力設(shè)備的發(fā)熱規(guī)律及其溫升狀況，分析各種設(shè)備缺陷及故障狀態(tài)，可有效診斷設(shè)備故障，因此，及時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)出電力設(shè)備內(nèi)部各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度具有重大意義[1-2]。

目前高壓帶電設(shè)備溫度測(cè)量的方法主要有示溫蠟片、紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫和無(wú)線測(cè)溫4種。

a. 示溫蠟片。在高壓設(shè)備的易過(guò)熱點(diǎn)貼上熔點(diǎn)不同(不同顏色)的示溫蠟片，通過(guò)觀察示溫蠟片的熔化情況來(lái)大致確定溫度范圍，該方法準(zhǔn)確度低、可靠性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量，且需要人工操作，效率不高。

b. 紅外測(cè)溫。紅外測(cè)溫是用熱像儀或點(diǎn)溫儀對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視[3]，可以分為人工測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，人工測(cè)量只能測(cè)量當(dāng)時(shí)的情況，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和及時(shí)告警。自動(dòng)測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，但紅外熱像儀自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴、阻礙了其在電力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用。

c. 光纖測(cè)溫。光纖溫度在線測(cè)溫采用光纖傳遞信號(hào)[4-5]，但其運(yùn)行不穩(wěn)定，因?yàn)閭鞲衅髋c測(cè)溫儀表之間采用光纖連接，檢修時(shí)光纜很容易被碰斷；安裝工作量大，需要改造原有設(shè)備；隔離高壓的光纖表面可能受到污染，將導(dǎo)致光纖沿面放電。

d. 無(wú)線測(cè)溫。無(wú)線測(cè)溫即建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由安裝在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。目前，無(wú)線信號(hào)的電磁兼容性和測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的低功耗性能需進(jìn)一步完善[6-7]。

2 高壓帶電設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

高壓帶電設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)”)采用無(wú)線射頻模塊與數(shù)字溫度傳感器相結(jié)合的方法，將溫度傳感器安裝到變電站設(shè)備的帶電接頭觸點(diǎn)上，在線實(shí)時(shí)測(cè)量該點(diǎn)溫度后，以無(wú)線方式將數(shù)據(jù)上傳至電力自動(dòng)化系統(tǒng)集中顯示，使值班人員在遠(yuǎn)端監(jiān)視設(shè)備溫度，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)被測(cè)點(diǎn)溫度超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)，提醒及時(shí)消除事故隱患。該系統(tǒng)可在常規(guī)變電站、箱式變電站、小型化變電站等處使用。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

組建無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)需要2個(gè)環(huán)節(jié)，一是測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，另一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成。無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)采用先將采集數(shù)據(jù)匯聚于一點(diǎn)，再通過(guò)遠(yuǎn)程(GPRS/CDMA)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或串行通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控端，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)方案。無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)組成

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)包括3個(gè)設(shè)備部分及1套后臺(tái)軟件，分別為無(wú)線匯集終端、無(wú)線測(cè)溫終端、無(wú)線中繼站、測(cè)溫后臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的在線溫度測(cè)量和預(yù)警。

2.2.1 無(wú)線測(cè)溫終端

無(wú)線測(cè)溫終端由高能電池供電，減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數(shù)字方式工作，溫度傳感器附著在發(fā)熱點(diǎn)(高壓母線或高壓開(kāi)關(guān))上，并由一段數(shù)據(jù)線和無(wú)線數(shù)據(jù)變換器相連接，該終端附著在高壓母線或高壓開(kāi)關(guān)上并長(zhǎng)期工作在高壓環(huán)境中。測(cè)溫終端具有高絕緣性和抗電磁場(chǎng)干擾性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并可根據(jù)需要向控制中心傳輸溫度數(shù)據(jù)。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)為：最大輸出功率≤10 mW；最遠(yuǎn)傳輸距離≥200 m(無(wú)阻擋)；發(fā)射電流17 mA；電源為可自供電、可更換的電池，電池壽命3～5年；測(cè)量溫度為-40～125 ℃；測(cè)量精度±0.5 ℃；防水級(jí)別為IP68；符合(GB/T 2423.1)《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第1部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)A：低溫》和GB/T 2423.2《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)B：高溫》的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)及戶外使用。

2.2.2 無(wú)線匯集終端

無(wú)線匯集終端在某頻段上實(shí)現(xiàn)和多個(gè)無(wú)線測(cè)溫終端采集溫度數(shù)據(jù)的通信，并可以向無(wú)線測(cè)溫終端發(fā)送指令，在整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)中處于核心地位，由它來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)連接計(jì)算機(jī)上的設(shè)置軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線測(cè)溫終端的設(shè)置，一般安裝在主控室。相關(guān)技術(shù)指標(biāo)為：可多組(32組)管理無(wú)線測(cè)溫終端；與計(jì)算機(jī)接口采用RS485標(biāo)準(zhǔn)串口；利用電源適配器AC220供電；最大輸出功率≤10 mW；最遠(yuǎn)傳輸距離≥200 m(無(wú)阻擋)；符合GB/T 2423.1和GB/T 2423.2的要求，適于在氣候條件惡劣的地區(qū)使用。

2.2.3 無(wú)線中繼站

無(wú)線中繼站采用無(wú)線防沖突組網(wǎng)技術(shù)，可多通道雙向傳輸數(shù)據(jù)，分組管理無(wú)線測(cè)溫終端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，在此基礎(chǔ)上可添加CDMA/GPRS模塊。是否使用無(wú)線中繼站由各測(cè)溫終端所處的物理位置決定，測(cè)溫終端與無(wú)線匯集終端處于有效的通信距離內(nèi)，則無(wú)須增加無(wú)線中繼站。無(wú)線匯集終端安裝在控制中心，控制中心計(jì)算機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)點(diǎn)溫度的變化，掌握整個(gè)高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況，進(jìn)而做出正確的決策。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：可多組(32組)管理無(wú)線測(cè)溫終端；利用電源適配器AC220供電或電池供電；通過(guò)配套設(shè)施可以快捷、輕松建立不受地形隔間限制的網(wǎng)絡(luò)；最大輸出功率≤10 mW；最遠(yuǎn)傳輸距離≥300 m(可視距離)；發(fā)射電流17 mA。

2.2.4 測(cè)溫后臺(tái)軟件

測(cè)溫后臺(tái)軟件具備高溫報(bào)警功能，當(dāng)被測(cè)設(shè)備溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，后臺(tái)軟件立即彈出被監(jiān)測(cè)廠站一次接線圖及文字報(bào)警條，并進(jìn)行聲音告警。系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的變化過(guò)程，當(dāng)出現(xiàn)某個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度持續(xù)升高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行聲音及文字提示。所有測(cè)點(diǎn)的溫度曲線都可以日曲線、月曲線、年曲線的方式顯示，并且可以采用平均溫度、最高溫度、最低溫度等統(tǒng)計(jì)方式顯示，見(jiàn)圖2，溫度變化趨勢(shì)一目了然；各種溫度數(shù)據(jù)(包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))都可以生成報(bào)表。

圖2 測(cè)溫軟件溫度曲線顯示界面示意

2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式

無(wú)線測(cè)溫終端把溫度信號(hào)通過(guò)無(wú)線的方式直接或經(jīng)過(guò)無(wú)線中繼站傳送給無(wú)線匯集終端，無(wú)線匯集終端可以接收多個(gè)測(cè)溫終端發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。如果在無(wú)人值守、實(shí)際測(cè)溫地點(diǎn)遠(yuǎn)離控制中心的環(huán)境中，無(wú)線匯集終端可以把接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232傳送給GPRS/CDMA，再由GPRS/CDMA把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)的后臺(tái)軟件進(jìn)行處理。

3 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用分析

河北某公司自2009年1月在臺(tái)城、蓮花2座無(wú)人值班變電站使用了無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)主變壓器高低壓側(cè)觸頭、母聯(lián)斷路器觸點(diǎn)、進(jìn)線斷路器觸點(diǎn)、出線斷路器及電纜接頭觸點(diǎn)等位置的溫度，無(wú)線測(cè)溫終端在高壓帶電設(shè)備上的安裝示意見(jiàn)圖3。

圖3 無(wú)線測(cè)溫終端安裝示意

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)通過(guò)該公司千兆網(wǎng)絡(luò)將實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度和監(jiān)控中心，由后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，并根據(jù)越限情況發(fā)出警報(bào)。截止目前，該系統(tǒng)在線運(yùn)行正常、狀況良好，可為狀態(tài)檢修提供數(shù)據(jù)支持與依據(jù)。

常見(jiàn)測(cè)溫方法與無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的性能與費(fèi)用比較見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)測(cè)溫方法與無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的性能與費(fèi)用比較

測(cè)溫產(chǎn)品及系統(tǒng)精度數(shù)據(jù)處理能力是否和周圍有電氣連接安裝難易及擴(kuò)展性能成本運(yùn)營(yíng)成本示溫蠟片不能定量測(cè)量無(wú)無(wú)容易廉價(jià)高紅外線測(cè)溫儀環(huán)境影響大無(wú)無(wú)不存在昂貴高光纖測(cè)溫系統(tǒng)±1 ℃有有需要布線,擴(kuò)展性不好昂貴低無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)±0.5 ℃有無(wú)無(wú)需布線,擴(kuò)展性好昂貴低

通過(guò)應(yīng)用和比較可知，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)主變壓器高低壓側(cè)隔離開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、變壓器穿墻套管固定位置、小推車開(kāi)關(guān)內(nèi)部觸點(diǎn)、電纜接頭觸點(diǎn)等部位進(jìn)行“零距離”監(jiān)測(cè)，由于通信中傳送的是數(shù)字信號(hào)，所以它不會(huì)受到電磁干擾的影響, 也不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)任何負(fù)面影響 ，可以在高電壓、強(qiáng)輻射和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下運(yùn)行。系統(tǒng)擴(kuò)展性好，采用短程無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式，多個(gè)測(cè)溫終端分布在無(wú)線匯集終端的周圍，測(cè)溫終端小巧輕便，可在狹小空間內(nèi)應(yīng)用，在有效的通信范圍內(nèi)可以添加、刪除、移動(dòng)測(cè)溫終端。

4 結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)與其他測(cè)溫方法相比，具有無(wú)需布線、測(cè)溫元件安裝方便、幾乎任何關(guān)鍵點(diǎn)都可以使用、信息準(zhǔn)確及時(shí)、報(bào)警系統(tǒng)良好等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中關(guān)鍵部位溫度的在線監(jiān)測(cè)，輔助運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，可為狀態(tài)檢修提供依據(jù)，改變了電力系統(tǒng)的檢修模式，使運(yùn)行人員及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，可在一定程度上提高供電系統(tǒng)的可靠性。

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