10kV高壓開關柜無線測溫技術應用分析

翟麗麗+茌旭+吳孝兵+李華兵+何科技

摘 要 近幾年，隨著人們對供電質量要求逐漸提高，高壓開關柜作為配電系統中的重要環節，其本身的安全性、經濟性也受到了人們的重視。本文主要研究的是10kV高壓開關柜的無線測溫技術的相關應用，闡述了10kV高壓開關柜在無線測溫的技術特點及工作原理，最后總結了無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用，應用主要列舉了馬坦變電站的無源無線測溫系統的運用。

關鍵詞 10kV高壓開關柜；結構設計；無線測溫；技術應用

中圖分類號 TD1 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0044-02

1 10kV高壓開關柜常用幾種無線測溫傳感器的原理及技術特點

1.1 無線測溫的原理

無線測溫的原理根據溫度傳感元件的不同可以分為4類，分別是：熱敏電阻溫度傳感器、紅外測溫傳感器、半導體傳感器、聲表面溫度傳感器、無源無線溫度傳感器，下面筆者將做進一步的分析。

1.1.1 熱敏電阻溫度傳感器

熱敏傳感器的原理就是阻值會隨著溫度的變化而發生改變，通過阻值的大小來反映出溫度的高低。熱敏傳感器的優點是靈敏度比較高；缺點是，熱敏電阻值和溫度的線性關系比較差，元件容易老化，使用的壽命相對比較短，隨著使用壽命的縮短精準度和穩定性就會？變差。

1.1.2 紅外測溫傳感器

紅外測溫傳感器主要是黑體輻射的定律，黑體輻射的定律：任何物體只要是高于零度，就都會發出紅外線。紅外線測溫傳感器的特點是采用的非接觸式測量，測量探頭和被測量的物體之間不需要任何遮擋物，也不需要做絕緣處理；缺點是在測溫的過程中容易受到溫度、濕度、輻射等因素的影響。

1.1.3 半導體傳感器

主要是將PN作為測溫的元件，原理是PN會隨著溫度的變化而變化，加強恒定電流，通過運行中輸出電流的大小來反映出柜內的溫度。半導體傳感器的精準度相對比較高，但是靈敏度相對熱敏電阻要低一些，半導體傳感器反映的時間要比熱敏電阻更長一些。半導體電阻的優點是不易老化、使用的壽命相比較長，具有很高的可靠性。

1.1.4 聲表面溫度傳感器

聲表面傳感器最大的特點就是測溫的方式為無源測量方式，通過無線傳輸的方式進行開關柜內的溫度測量。聲表面傳感器的優點是體積比較小，不需要電源就可以工作，缺點主要是因為無線信號的傳輸距離比較短，并且在傳輸的工程中不允許有任何的阻礙物，被測溫部位如果發生位移或者是震動的情況機會導致聲表面波的相位發生變化，影響測溫的準確性。

1.1.5 無源無線溫度傳感器

無源無線溫度傳感器使用能量收集方法取得能量以供傳感器使用，徹底拋棄了電池及傳統CT取電。該傳感器使用等電位方法使高壓電力系統更加安全可靠；能量收集（EH）技術具有可循環、無污染、低能耗的優點，它建立在微電子技術與微功耗技術的基礎上，是以后無線測溫系統的發展趨勢。

1.2 該測溫的技術特點

下面就目前較先進的能量收集（EH）技術的無源無線測溫系統的技術特點進行介紹，母排上通過交流電流的時候，在母排周圍會產生交變磁場，平時這些磁場都散發到空中，無法利用?，F在母排上加裝了特殊合金帶，讓原本散開的磁場部分通過合金帶流動，在合金帶上環繞有線圈，這樣線圈接頭兩端就能夠收集到微弱的電能，這些電能通過累積，在合適的時候放電帶動MCU工作，MCU采集到溫度信息，通過短距離無線發送到接收裝置。傳感器利用原本無用的交變磁場來給MCU供電，使得傳感器無需電池就能夠長期穩定的工作，工作壽命大于10年，并且維護工作量幾乎為零。這種合金帶不同于普通的硅鋼片，硅鋼片有一個線性區域，一次電流與二次電流成線性關系，當一次電流比較大的時候，二次電流產生的能量無處釋放，就智能以熱的型式散發出去，這就帶來了安全隱患。無源無線傳感器使用的特殊合金的線性區域非常小，磁場很快就飽和了，一次電流繼續增加，二次的電流幾乎不增加，這樣就無需扇熱器件，也不會導致渦流和溫升。

1.2.1 安全性

無源無線測溫傳感器體積很小，安裝完成后的高度與動觸頭鐵箍高度一樣高，幾乎不影響絕緣距離，不會對電氣設備的安全性能造成影響。

無源無線傳感器的信號從開關柜里面傳出來還能有20多米距離，因此沒有在開關柜里面安裝接收設備，也沒有布置線纜，也沒有安裝天線，僅僅安裝了傳感器而已，不會對電氣設備安全造成影響。

1.2.2 準確性

無線傳感系統的器件主要是進口的高精度數字傳感器，均采用的是接觸式的測溫方式。傳感器可以接近發熱點，并能夠快速精準的測量測溫點的溫度變化，最終的測量結果具有較高的準確性。

所有數據傳輸過程都有校驗，校驗錯誤的數據都被丟棄，因此不會因為傳輸造成溫度不準確。

1.2.3 靈活性

體積小，可以安裝在動觸頭，也可以安裝在靜觸頭，也可以安裝變壓器進出線，也可以安裝在刀閘接頭等位置，一種傳感器多種安裝方式，給施工帶來方便。

傳感器出廠的編號都是唯一的，在接收裝置上配對即可，無需前期協調，維護更換也無需特殊生產。

傳感器采用頻分多址技術，每個傳感器采用同一個頻段通訊，占用頻段不超過20毫秒，因此1000只在一起都不會互相影響通訊。

1.2.4 易用性

無源無線溫度傳感器與其他環境溫濕度、帶電顯示、抽濕機、位移傳感器等傳感器采用統一的通訊結構，可以統一的接收裝置，便于以后加裝傳感器采集其他物理量。并且集成標準MODBUS協議，61850協議，與其他廠家通訊無障礙。

為與其他平臺共享數據，提供了多種共享接口。有RS485通訊接口，有TCP/IP通訊接口，有RS232通訊接口，有光纖通訊接口。

為了便于客戶現在，提供了幾種顯示界面，提供了開關柜單獨顯示界面，也提供變電站級別的顯示界面，同時還可以把全省的數據集中在服務器上顯示。

1.2.5 測溫范圍寬

無源無線測溫傳感器擺脫了電池供電的缺陷，供電比較充足，因此在高溫情況下也能發送數據。測溫范圍是-45℃～125℃，廠家還在繼續升級，下一代有望測溫范圍達到-45℃～135℃。

2 無源無線測溫技術在10kV高壓開關柜中的應用——在馬坦變電站中的使用

為了提高馬坦變電站的維護水平，及時消除高壓開關柜的發熱問題，選取了杭州休普的無線測溫系統，具體如圖1所示。根據相關的要求，結合實際的情況進行現場調試，進行溫度初次測量，然后進行初次的軟件測試，然后將無線測溫系統的應用效果和數據進行分析，具體的測溫系統調試如圖2所示。馬坦變電站的10kV高壓開關柜安裝了無線測溫系統之后，有效對開關柜內的溫度進行了測量。經過3個多月的10kV高壓開關柜內的溫度測量，對采集的數據進行了詳細的分析，有效地驗證了無線測溫系統的可靠性和實用性。馬坦變電站在使用了無線測溫技術之后，有效地控制了10kV高壓開關柜發熱故障問題，保障了電力的正常運行。

3 結論

綜上所述，傳統的無線測溫技術已經很難適應10kV高壓開關柜的溫度測量的需要。而高壓開關柜又是配電系統中的重要設備，一旦發生事故就會導致嚴重的后果。采用無線測溫技術進行10kV高壓開關柜的溫度測量，測量器件安裝更加的方便快捷、測量的最終數據更加的準確，更加適應當下科技迅速發展的時代。在今后的測溫技術中，需要根據實際的使用情況，將無線傳感器使用中所遇到的問題進行總結研究，在不斷的學習、摸索中完善測溫系統。

參考文獻

[1]黃詩敏.10kV開關柜局部放電帶電檢測技術應用與仿真分析研究[D].北京：北京交通大學，2015.

[2]蘇樂平.10kV開關柜無源無線溫度監測系統研究與應用[D].廣州：華南理工大學，2015.