基于無線網絡的10kV開關柜電纜接頭測溫系統設計

張子悅 姬聯合 王廣佳 沈曉潔 矯旭昌

摘 要：10kV開關柜在電網中起著承上啟下的作用，其安全可靠的運行關乎著電網運行的安全性與可靠性。在日常運維工作中，因為紅外測試儀器無法透過玻璃進行測溫，無法及時發現設備缺陷、預防設備事故異常的發生。本文提出一種基于無線網絡的10kV開關柜電纜接頭測溫系統，能較好地適應變電站現場需求，可廣泛應用于10kV高壓開關柜，實現在線溫度監測與報警，預防電網及設備事故。

關鍵詞：10kV開關柜；無線網絡；測溫系統

GB763-90《交流高壓電氣在長期工作時的發熱》中規定，10kV高壓開關柜內裸銅或裸銅合金觸指最高允許溫度為75度，但由于目前的10kV高壓開關柜運行時是全封閉的，處于高壓帶電的狀態下，且前、后間隔可視窗口為普通玻璃，普松的透射波段不能滿足紅外的工作波段（0.15-14μm），故傳統的紅外測溫技術不能測得10kV開關柜內電纜接頭的溫度，因此研究應用先進的10kV開關柜測溫技術，提高設備的巡視水平，降低巡視工作難度，對于保障電力設備安全，提高供電可靠性具有重要意義[1]。為了貫徹“安全第一、預防為主、綜合治理”的指導方針，本文提出一種基于無線網絡的10kV開關柜電纜接頭測溫系統。

1 測溫技術發展現狀

目前測溫方法主要分為接觸式測溫以及非接觸式測溫，其中接觸式測溫包括膨脹式測溫、電量式測溫和接觸式光電、熱色測溫等幾大類，非接觸式測溫方法不需要與被測對象接觸，因而不會干擾溫度場，動態響應特性一般也很好，但是會受到被測對象表面狀態或測量介質物性參數的影響，非接觸測溫方法主要包括輻射式測溫、光譜法測溫、激光干涉式測溫以及聲波測溫方法等[2]。下面本文對幾種常用測溫方法進行分析與總結。

（1）示溫蠟片的顏色會隨著設備的溫度增加而變色，根據顏色估算大致的溫度范圍，但是示溫蠟片容易脫落，精度低，更無法高溫告警。

（2）紅外測溫技術，精度較高，使用方便，但是由于紅外線不能通過玻璃，所以不能對10kV開關柜內設備進行精確測溫，并且紅外測溫儀的使用跟人員的技術水平有很大的關系，測量精度的高低影響因素較多。

（3）光纖傳感技術是伴隨著光導纖維和光纖通信技術發展的一種新的傳感技術，優點有不受電磁干擾，耐腐蝕，無源實時監測、電絕緣、防爆性好，體積小、重量輕、可繞曲，靈敏度高，使用壽命長，傳輸距離遠，維護方便，光纖表面污染后會造成放電，對系統絕緣形成很大威脅[3]。

（4）無線測溫法，利用溫度傳感器以及無線網絡技術，將設備溫度通過無線網絡進行傳輸，在后臺進行數據處理，做出相應的判斷以及執行相應的操作。此種方法，精確度高，安全性強，可靠性高，性價比高。

2 解決方案

針對目前XX供電公司的設備情況以及系統運行狀態，解決10kV開關柜后間隔電纜接頭無法測溫問題的辦法有：

（1）尋找一種可發光（用于熄燈巡視）、且粘貼牢固的示溫蠟片；

（2）將開關后間隔的玻璃換成石英、硫化鋅、硅、鍺等材質的紅外測溫玻璃；

（3）設計一種基于無線網絡的測溫系統。

根據高壓開關柜在線測溫技術的特點及發展現狀，充分比較了各種測溫技術的優缺點，根據實際需求，結合“智能電網”的發展趨勢，減少人力投入，優化梳理工作內容，本次項目將設計一種基于無線網絡的10kV開關柜電纜接頭測溫系統。

3 方案總體設計

3.1 基礎方案

將溫度測試模塊安裝在開關柜后間隔的出線電纜接頭上，通過無線通道將本變電站內所有溫度測試模塊的溫度信息傳輸到站內數據采集模塊中，數據采集模塊對溫度信息進行數字化處理，將各開關柜出線接頭的溫度信息顯示出來，并對超過設定值的設備發出報警信號，報警信號通過無線通道以短信的形式發到用戶手機。

3.2 升級方案

升級方案是在基礎方案的基礎上，基于XX供電公司目前應用的巡檢系統而開發的無線網絡測溫系統，數據采集模塊只進行簡單的數據計算、顯示功能，而將所有的數據都上傳到巡檢系統服務器，由巡檢系統進行大數據云計算[4]。

4 技術支持

在各個模塊之間是以無線網絡為載體通過協議幀進行數據以及命令的傳輸，數據采集模塊作為“數據中轉站”，與溫度測量模塊通過Zigbee的方式進行數據交換，同時利用GPRS技術通過TCP/IP協議與設置好IP的服務器進行數據交換，其中MCU模塊采用ARM系列LPC1778單片機、Zigbee模塊采用CC2530單片機以及GPRS模塊采用SIM900A單片機[5]。

5 總結

本次項目研究目的為設計出一種基于無線網絡的10kV開關柜電纜接頭測溫系統，該系統具備：

（1）溫度測量模塊具備相應電壓等級的絕緣性能；

（2）溫度測量模塊通過抗電磁干擾實驗；

（3）測量數據準確、可靠性高、安裝方便、施工量小；

（4）能較好地適應現場需求，可廣泛應用于10kV高壓開關柜；

（5）實現在線溫度監測與報警，預防電網及設備事故；

（6）可對歷史數據進行對比分析，找出不同廠家設備或者不同運行方式下的設備的差異性。

參考文獻：

[1]曾振興.10kV高壓開關柜無線測溫技術的研究與應用[D].華南理工大學，2013.

[2]楊永軍.溫度測量技術現狀和發展概述[J].計測技術，2009. 29（4）：62-65.

[2]毛偉.基于ARM的紅外測溫算法及信號處理系統設計[D].南京理工大學，2014.

[3]劉文鋒，宋德杰，劉俊成，等.基于STM32的紅外測溫儀的研制[J].硬件縱橫，2012.31（2）：22-24.

[4]向乾.基于Zigbee的中壓開關柜觸頭測溫系統研究[D].西安工程大學，2015.

[5]黃啟良.應用于高壓設備測溫的無線佑威器網絡的巧計和連現[D].南京郵電學，2014.