基于无线测温系统在高压电气设备上的应用研究

基于无线测温系统在高压电气设备上的应用研究

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着钢铁企业的快速发展，对电力的需求也越来越大。许多供电设备需要常年运行，而一些设备，如变压器、传输电缆、高压开关等连接部件容易因发热而损坏。因此，如何对供电设备的温度进行全方位的监测，已成为钢铁企业发展中要解决的首要问题。基于此，本文探讨了无线测温系统在高压电气设备中的应用，仅供参考。

关键词：无线测温系统；高压电气；优势；温度传感器

0引言

随着科技的不断发展与进步，很多新兴技术被应用到钢铁企业的电气控制系统中。众所周知，电力系统在运行的过程中会有大量的热量产生。而如何调控整个系统的温度是电力发展过程中首先要解决的问题。在变电站中，由于工作的特殊性，会涉及到许多重要的设备、仪器。而这些设备的造价较高，且大多使用寿命较长，在使用的过程中很容易出现设备损坏的情况。同时，由于在发电过程中会产生一定的热量，若不能及时被疏散，将会引起局部的温度过高，甚至引起火灾，对员工和企业的生命以及财产安全带来严重的威胁。

1无线测温系统结构分析

无线测温系统就是可以自主、实时的对温度进行监控，若发现温度过高，便会给工作人员传达信息，好让工作人员可以及时的调控温度。无线测温系统由实时监测温度（温度传感器）和负责传输并显示结果的两个结构组成。其与以往常规的测温系统相比，没有具体的传输设备，优势在于利用无线的方式将信息进行传达。温度传感器所处的位置一般在电缆接头、高压开关柜、保险丝等接口处，其能够直接检测此部分的温度，之后将监测的温度结果借助无线技术传输、显示在控制分析器件中。此外，高压和低压的各自工作部分需要采用电气隔离，以保证测温系统的安全性，规避漏电等危险事件的发生。而接收信息的部分则需安置在特定的位置，并设置多个信息传导通道，以便及时接收并显现出所接收到的温度信息。此外，因为接收装置以及传导装置所涉及的种类以及数量较多，所以还能够分析处理温度有关的信息，然后利用无线网络将信息传导给工作人员，进而完成对温度的实时监控。

1.1温度传感器

温度传感器主要是将温度信号转换成电信号，可以测量电路、逻辑控制电路、供电电源等，并具备防水防尘效果，可适应长时间工作。但要注意测量期间，需要将温度传感器与待测物体表面密切接触（可采用耐高温尼龙丝或粘贴的方法），减少测量误差，并封装高温和高热缩管，以适应高温工作。此外，为了保证温度传感器的线性工作范围，应选用-55～130℃的传感器，并根据不同的工作场所、环境，合理的控制精准度和误差。

1.2无线温度检测器

目前的无线温度检测器实现了多个信息接收通道，使其可以同时显示、处理多个方位的监测数据。在检测器中，设有由工作人员预先设置的故障处理模块和阈值判定模块，一旦监测的数据与设定的阈值不符合，则会直接传输至故障处理模块。探测器将显示警告字样、高低电平、驱动报警指示灯、声音等。此外，无效温度检测仪还可以进行信息传输，将数据线或串口/并行通信芯片连接到计算机上，可以远程监控，同时分析多种工况，以便及时发现异常情况，及时处理安全隐患。

1.3实时温测软件系统

实时温测软件系统的研发，解决了人力匮乏的问题，减少了人员的工作量，并实现了实时温度测量和实时数据处理、分析，将其与无线检测系统相连，借助计算机实现显示温度、与历史数据相比较、存储数据、故障预警、设备运行状态分析等功能，以便帮助工作人员及时明确目前测温结果以及异常情况，确保各个设备正常的运转，此外，通过计算机的计算能力以及可视化能力，可以将温度的变化生动显示出来，使工作人员直观的判断出异常点，及时处理，便于维修。

2无线测温系统技术的优势及应用范围

2.1无线测温系统的技术优势

（1）无线测温系统抗干扰能力强，且具备低功耗、低成本、实时处理能力强、使用复杂度低等优势，其通信频段一般在2.3～2.5GHz区间，处于高频波段。

（2）无线测温系统中的温度传感器装有天线，不仅缩小了面积，同时还可以保证工作效率，即通讯效果，并提升了简便性，方便安装和使用，加上该测温系统采用锂电池供电，会*大限度延长寿命。

（3）无线测温系统中的传感器使用二进制编码，处理分析更为方便。

（4）无线测温系统中的温度传感器利用了无线传输技术，不再需要传统的外置数据线，降低了漏电等安全风险，提升整体工作的安全性，同时也因为不需要留置外置数据线，使得目前的无线测温系统具备较强的抗干扰能力，也不会受到振动、温度、灰尘等外界影响，提高系统的安全性和稳定性。

（5）无线测温系统中的温度传感器与计算机相连，可以利用互联网技术进行数据的分析和处理，*大限度的节省了人力，提升工作效率。

（6）信息传导方面，无线测温系统使用的是无线通信技术，操作难度小，且对能源的消耗较小，尤其是市场造价低，具有较强的经济效益。

2.2无线测温系统的适用范围

无线测温系统中采用了ZiBee技术，尤为适用于短距离通信，且随着技术的发展，使其工作范围包括：35kV以下高压开关、110kV以下地下电缆、多种接触点、继电器。并于使用过程中注意限制工作电压。

3无线测温系统应用实例

无线测温系统，作为21世纪电力行业的重要发展，自从问世以来，就在电气行业中有很广泛的应用，随着无线测温系统的不断发展和完善，其工作的效率和产生的效益，被广大企业所认可并青睐。虽然我国相比英美等发达国家脚部的趋势。

实例一：

高压开关柜即电路中的断电保护器，多应用于高压传输设备中的发电设备、变压器、大功率负载、配电器、传输线缆中，传统电气行业中，可以通过较多的设备来辅助电路控制，其中*为常见的就是对于电路断电保护系统，即在电路运转达到某种负荷或温度过高时，该系统可以自动切断电路供应，预防发生安全事故，这说明，在高压设备中，各个接口都是预先固定好的，且位置隐秘，更换困难，随着时间推移，故障发生率提升，并增加电阻，产生较多热量，形成恶性循环，降低安全性。如果采用人工测量温度的方式，无法获取实时的信息，还易因经验的差异性，忽略潜在的问题，不能及时辨别安全隐患，从而造成安全事故，因此，为了规避这一不良风险，应引入无线温度在线监测系统，如河北宣化钢铁集团一样，从而实现对变电站高压开关柜内触电和电缆接头温度的实时监测，及时发现异常情况，及时对异常温度过热的情况进行处理，保证安全性，降低安全事故的发生率。

实例二：

某化工集团备有30MW、60MW、13.5MW不同功率的发电机组，数量1～3台，作用：工厂供水、供电、供暖，由于负荷较大，且随着近几年工厂用电需求增多，电气设备不断的改造，进一步增加了用电的负荷量，从而使得该企业在多年以前检修时发现发电组接线部分因过热而产生的一定程度损坏，增加安全隐患。之后该企业投入了无线测温系统，将温度传感器系统与计算机相连接，实现了实时监测的情况，以便于工作人员及时掌握设备的实时情况，对于异常现象及时处理，及时排查安全隐患，保证该企业工厂的安全。

4应用场所

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

5系统结构

温度在线监测系统结构图

6系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

1）温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

2）温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

3）运行报表：查询及打印各测温点指定时间的温度数据。

4）实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

5）历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

7系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

 

名称	外形	型号	参数说明
系统组态软件		Acrel-2000/T	硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。 显示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约
智能通信管理机		Anet-2E4SM	通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。
无线测温集中采集设备		Acrel-2000T/A	壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200（单位mm）
	Acrel-2000T/B	硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm)
显示终端		ATP007 ATP010	DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。

	ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。

	ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
智能温度巡检仪

	ARTM-8	开孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温；

	ARTM-24	35MM导轨安装； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温；
无线收发器		ATC450-C	可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。
	ATC600	ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。
电池型无线测温传感器		ATE100M	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。
	ATE200	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
	ATE200P	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
CT取电型无线测温传感器		ATE400	CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。
有线温度传感器		PT100	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100
	NTC	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好

 

8结语

传统电气设备无法实现实时温度监测，也不具备全自动温度监测，设备落后，难以及时辨别异常温度升高的情况，降低工作效率，加上部分电气设备中的温度监测是定制完成，统一规格，导致应用范围狭窄，并且缺乏测温的统一规定，导致通用型不强，尤其是零件出现故障、损害后，难以替换，从而影响推广性。因此，要想进行温度监测的技术革新，就需要结合目前实际情况，包括：高压电气企业的电站设备、温度监测需求等，制定出符合实际情况的全自动化温度监测系统，确保高压电气设备周期的稳定运行。无线测温系统又称“无线温度在线监测系统”，其具备实时在线监测、工作环境恶劣、安装方便、预警及时等特点，可以有效保证高压电气设备的安全性。无线测温系统由无线温度传感器、测温通信终端（温度接收仪）、温度监测预警工作站三部分组成，其中，无线温度传感器可以测量接触点的温度，无线温度接收仪负责接收各无线温度传感器（探头）测量和发送出的温度数据，通过总线连接，将数据上传至管理计算机，响应管理软件命令，而工作站系统属于无线测温客户端软件，可以便于实时观察到监测的结果，包括温度数据的变化曲线，以便及时发现温度过热、或急剧升温到设置报警温度立即报警。因此，在无线测温系统的干预下，工作人员可以及时明确温度测量结果，发现温度变化，及时鉴别安全隐患，并处理，保证生产设备的效率以及安全性能，此外，无线传输技术摒弃了外置数据线，*大限度减少了传输过程中的电容、电感耦合，提升了高压电气设备的使用安全性。并且随着该项技术的不断普及，无线测温系统已经不局限于电气企业中，于各行各业都有了广泛的推广，在其作用下，工作人员可以进行严格监管，通过远程监控，对温度进行高效管理，*大限度的推动了我国的经济发展。

参考文献

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企业微电网设计与应用手册.2020.6.

谢明杨.无线测温系统在高压电气设备上的应用[J].中国设备工程,2022:3.

审核编辑 黄宇