10kV高壓開關櫃無線測溫係統設計及產品選型

錢琪明

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：保bao障zhang電dian力li係xi統tong穩wen定ding安an全quan運yun行xing的de一yi個ge重zhong要yao部bu分fen為wei高gao壓ya開kai關guan櫃gui。高gao壓ya開kai關guan櫃gui的de運yun行xing狀zhuang態tai非fei常chang關guan鍵jian
，因yin為wei整zheng體ti溫wen度du太tai高gao會hui逐zhu漸jian損sun耗hao其qi電dian氣qi設she備bei。分fen析xi10kV高壓開關櫃無線測溫技術
，闡述10kV高壓開關櫃無線測溫係統的設計
、技術特點及工作原理，總結了無線測溫技術在10kV高壓開關櫃中的應用。

關鍵詞:電氣設備；高壓開關櫃；無線測溫技術

一、10kV高壓開關櫃無線測溫係統的整體設計

1
、整體設計

本文選擇KYN型開關櫃作為研究對象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關設備、移動式結構以及戶內裝置。根據10kV高壓開關櫃的安全運行需求，10kV高壓開關櫃的整體設計要從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方麵給予考慮。針對係統的設計分析
，主要由3部分組成，即高壓測發射端、低壓側接收端以及上位機數據處理控製。這一設計考慮到KYN型開關櫃所具備的6個梅花觸頭，並提供了470MHz無線數據傳輸通道。由於選取了CT互感器作為高壓側電源
，ATE400溫度傳感器測量觸頭溫度，係統由此能夠準確反映觸頭溫度變化。

2
、溫度傳感器的選擇

一般工業場所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱re敏min電dian阻zu溫wen度du傳chuan感gan器qi以yi及ji集ji成cheng溫wen度du傳chuan感gan器qi等deng。整zheng合he多duo個ge傳chuan感gan器qi可ke以yi發fa現xian，每mei一yi個ge傳chuan感gan器qi自zi身shen都dou有you明ming確que的de溫wen度du測ce量liang範fan圍wei。明ming確que的de溫wen度du測ce量liang範fan圍wei值zhi
，可ke以yi認ren知zhi其qi傳chuan感gan器qi的de適shi應ying溫wen度du環huan境jing的de變bian化hua程cheng度du。結jie合he設she計ji成cheng本ben和he難nan度du
，大da多duo數shu10kV高壓開關櫃無線測溫係統都會選擇應用ATE400溫度傳感器。究其原因，主要是其ATE400溫度傳感器的價格比較實惠

，同時具備高精度測量、簡便的測溫路線以及使用拓展性方便的優勢。

3、高、低壓側信號傳輸方式選擇

無線信號傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關櫃無線測溫係統設計的良好程度。無線信號傳輸方式有藍牙技術、紅外技術等。但是，由於不同技術的抗幹擾性以及功耗有所不同
，因此10kV高壓開關櫃無線測溫係統在無線信號傳輸方式上主要選擇藍牙技術。

4、高壓側供電方式選擇

供電電源間的高壓側電路需要滿足不間斷供電
、抗幹擾能力強以及高穩定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電
、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是

，10kV高壓開關櫃無線測溫係統主要應用了CT互感器電源供電方式，因為CT互感器電源供電更能滿足高壓側電路多種需求點
，同時具備結構安全、應用成熟以及使用環境優良的優勢。

二
、10kV高壓開關櫃無線測溫傳感器的原理

1、無線測溫原理

  結合不同的溫度傳感元件進行測溫就是無線測溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測溫傳感器、半導體傳感器、聲表麵溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

2、熱敏電阻溫度傳感器

  針zhen對dui不bu斷duan變bian化hua的de溫wen度du，它ta的de阻zu值zhi也ye呈cheng現xian出chu不bu同tong程cheng度du的de變bian化hua，即ji熱re敏min電dian阻zu溫wen度du傳chuan感gan器qi的de原yuan理li。反fan過guo來lai，可ke以yi結jie合he阻zu值zhi的de大da小xiao判pan斷duan溫wen度du的de高gao低di。它ta的de優you勢shi也ye由you此ci顯xian現xian

，即ji具ju備bei較jiao高gao的de靈ling敏min度du，劣lie勢shi即ji熱re敏min電dian阻zu值zhi與yu溫wen度du的de線xian性xing關guan係xi變bian差cha
，進jin一yi步bu導dao致zhi元yuan件jian被bei老lao化hua，縮suo短duan了le熱re敏min電dian阻zu溫wen度du傳chuan感gan器qi的de使shi用yong年nian限xian，還hai會hui隨sui著zhe長chang時shi間jian的de使shi用yong使shi其qi溫wen度du測ce定ding準zhun確que度du和he穩wen定ding性xing變bian差cha。

3、紅外測溫度傳感器

  黑體輻射定律就是紅外測溫度傳感器應用原理，即任意一個物體隻要高於0P,就(jiu)會(hui)不(bu)自(zi)覺(jiao)地(di)發(fa)射(she)出(chu)紅(hong)外(wai)線(xian)。它(ta)的(de)特(te)點(dian)就(jiu)是(shi)應(ying)用(yong)非(fei)接(jie)觸(chu)式(shi)的(de)測(ce)量(liang)
，所(suo)以(yi)測(ce)量(liang)探(tan)頭(tou)以(yi)及(ji)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)不(bu)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)遮(zhe)擋(dang)，也(ye)不(bu)用(yong)做(zuo)出(chu)多(duo)種(zhong)絕(jue)緣(yuan)處(chu)理(li)。但(dan)是(shi)，紅(hong)外(wai)測(ce)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)溫(wen)度(du)、濕

度以及輻射等因素的影響
，導致測溫精度出現偏差。

4
、半導體傳感器

  PN作zuo為wei一yi個ge測ce溫wen元yuan件jian，它ta的de原yuan理li是shi隨sui著zhe溫wen度du的de變bian化hua其qi阻zu值zhi也ye在zai發fa生sheng變bian化hua。通tong過guo加jia強qiang恒heng定ding電dian流liu的de方fang式shi，結jie合he運yun行xing狀zhuang態tai中zhong電dian流liu的de大da小xiao，測ce定ding其qi高gao壓ya開kai關guan櫃gui的de溫wen度du。雖sui然ran這zhe種zhong方fang式shi測ce定ding的de溫wen度du準zhun確que度du高gao，但dan是shi整zheng體ti的de靈ling敏min度du不bu如ru熱re敏min電dian阻zu，因yin為wei其qi反fan應ying的de時shi間jian較jiao長chang。然ran而er，半ban導dao體ti傳chuan感gan器qi不bu易yi老lao化hua，而er且qie整zheng體ti的de使shi用yong年nian限xian較jiao高gao

，因yin此ci具ju有you較jiao高gao的de可ke靠kao性xing。

5
、聲表麵溫度傳感器

  聲sheng表biao麵mian溫wen度du傳chuan感gan器qi測ce溫wen方fang式shi非fei常chang特te殊shu，即ji為wei無wu源yuan測ce量liang
，可ke以yi借jie助zhu無wu線xian傳chuan輸shu測ce量liang高gao壓ya開kai關guan櫃gui的de具ju體ti溫wen度du。整zheng體ti優you勢shi是shi體ti積ji小xiao，不bu用yong結jie合he電dian源yuan，但dan是shi整zheng體ti的de傳chuan輸shu距ju離li短duan，且qie整zheng個ge傳chuan輸shu過guo程cheng不bu能neng有you障zhang礙ai物wu，否fou則ze易yi發fa生sheng位wei移yi和he震zhen動dong的de情qing況kuang
，非fei常chang容rong易yi產chan生sheng聲sheng表biao麵mian相xiang位wei變bian化hua
，影ying響xiang其qi測ce溫wen值zhi的de準zhun確que性xing。

6、無源無線溫度傳感器

  應用能量收集方式進行能量的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能量需求，即可以充分摒棄傳統電池和CT取電的方式。整個無源無線溫度傳感器安全可靠性較高。整個能量收集技術沒有汙染，還有可循環、低(di)能(neng)耗(hao)的(de)優(you)點(dian)。因(yin)此(ci)

，未(wei)來(lai)的(de)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)係(xi)統(tong)的(de)發(fa)展(zhan)大(da)多(duo)會(hui)建(jian)立(li)在(zai)微(wei)電(dian)子(zi)技(ji)術(shu)與(yu)微(wei)功(gong)耗(hao)技(ji)術(shu)上(shang)，並(bing)呈(cheng)現(xian)出(chu)多(duo)種(zhong)類(lei)似(si)於(yu)無(wu)源(yuan)無(wu)線(xian)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)方(fang)式(shi)。

三
、無線測溫係統的技術特點

1、安全性

  dulishidedianweijueyuananzhuangdewuxiancewenxitong
，shikeyidafanweiguibiqipadiandailaidebuliangyingxiangdexitong

，hainengyouxiaotishengdianqishebeideanquanxingneng。yinci
，zhenggewuxiancewenxitongdejishuchengxianweijiaogaodeanquanxing。

2、準確性

  wuxiancewenxitongyingyongdeqijiandaduoshuweigaojingdushuzichuanganqi，keyichongfenkendingcewenfangshiduoweijiechushi。zhenggechuanganqideweizhifeichangjiejinfaredian
，keyishixiankuaisucedingwendudiandewendubianhuademubiao，xianshichuwuxiancewenxitongdezhengticeliangzhunquexing。

3、靈活性

  youyuwuxiancewenqijianbenshentijijiaoxiao
，suoyizhenggeqijiananzhuangguochengfeichangbianjie，zhenggezuwangyefeichanglinghuo，jikeyiyingyongwuxianhuozheyouxiandewangluolianxianfangshi。qijiandetijixiaohainengfangbianduogejiankongdiandeanzhuang，dedaoquanfangweideceliangshuju。

4、易用性

  無wu線xian測ce溫wen係xi統tong的de整zheng個ge操cao作zuo平ping台tai主zhu要yao是shi應ying用yong模mo塊kuai化hua設she計ji，因yin此ci會hui更geng加jia便bian捷jie性xing地di鏈lian接jie其qi網wang絡luo，進jin而er得de到dao自zi動dong化hua控kong製zhi係xi統tong
，且qie整zheng體ti的de使shi用yong性xing能neng也ye更geng加jia方fang便bian。

5、功耗低

低功耗的設計理念應用於無線測溫，可以達成正常測溫的目的，同時提升無線測溫傳感器的使用年限。

四、10kV高壓開關櫃無線測溫技術的應用

  現階段，我國多個企業公司的科研院校以及部門都已經研製出多個不同類型的10kVgaoyakaiguanguiwuxianwenduzaixianjianceceliangxitong。biru，mouyigongsizaoyiyanzhichuyizhongteshuzhuangzhi，congzhengchangcengmianshangrenzhiqizhuangzhishiyizhongfeijiechuxingwendujiancexitong
，zhuyaodejiancegongnengshijinxingpeidiankaiguanguizhongyigetedingbuweiwendulianxuxingdejiankong，qiezhegejiancebuweishizhengge10kV高gao壓ya開kai關guan櫃gui的de關guan鍵jian部bu位wei。監jian測ce其qi部bu位wei的de目mu的de是shi得de到dao準zhun確que度du較jiao高gao的de運yun行xing工gong作zuo狀zhuang態tai以yi及ji溫wen度du
，同tong時shi其qi非fei接jie觸chu型xing溫wen度du監jian測ce係xi統tong還hai監jian測ce斷duan路lu器qi的de工gong作zuo狀zhuang態tai。整zheng個ge非fei接jie觸chu型xing溫wen度du監jian測ce係xi統tong使shi用yong的de組zu成cheng元yuan件jian有you石shi英ying晶jing體ti聲sheng表biao麵mian波bo元yuan件jian。眾zhong所suo周zhou知zhi

，石shi英ying晶jing體ti聲sheng表biao麵mian波bo元yuan件jian應ying用yong到dao10kV高壓開關櫃無線測溫技術中
，主要作為溫度敏感元件。該溫度敏感元件會直接粘貼在待測的位置點。由溫度敏感元件組成的10kV高壓開關櫃會組成振蕩回路輸出與溫度有關的頻率信號。10kV高gao壓ya開kai關guan櫃gui無wu線xian測ce溫wen技ji術shu應ying用yong其qi中zhong，能neng充chong分fen滿man足zu係xi統tong並bing發fa揮hui其qi自zi身shen數shu字zi化hua特te點dian
，進jin一yi步bu抑yi製zhi強qiang電dian場chang的de幹gan擾rao性xing，達da到dao過guo熱re警jing報bao的de目mu的de。此ci外wai
，監jian控kong設she備bei還hai可ke以yi借jie助zhu微wei機ji聯lian網wang方fang式shi，得de到dao全quan方fang位wei的de集ji中zhong式shi監jian測ce。

  實際應用到10kV高壓開關櫃中的無線測溫係統的優勢非常明顯，即性能可靠、結構簡單、體積小、便捷安裝和操作。因此，多數10kV高(gao)壓(ya)開(kai)關(guan)櫃(gui)都(dou)會(hui)應(ying)用(yong)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)相(xiang)應(ying)的(de)測(ce)溫(wen)。同(tong)時(shi)
，整(zheng)個(ge)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)係(xi)統(tong)的(de)價(jia)格(ge)並(bing)不(bu)高(gao)
，是(shi)人(ren)們(men)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)係(xi)統(tong)價(jia)格(ge)範(fan)圍(wei)。小(xiao)巧(qiao)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)的(de)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)模(mo)塊(kuai)便(bian)於(yu)變(bian)動(dong)其(qi)開(kai)關(guan)櫃(gui)，即(ji)進(jin)行(xing)開(kai)關(guan)櫃(gui)配(pei)套(tao)時(shi)，即(ji)使(shi)原(yuan)櫃(gui)結(jie)構(gou)沒(mei)有(you)發(fa)生(sheng)變(bian)動(dong)，也(ye)能(neng)進(jin)行(xing)快(kuai)速(su)安(an)裝(zhuang)工(gong)作(zuo)。隻(zhi)要(yao)對(dui)應(ying)開(kai)關(guan)櫃(gui)配(pei)件(jian)，再(zai)打(da)上(shang)相(xiang)應(ying)的(de)安(an)裝(zhuang)孔(kong)，就(jiu)能(neng)實(shi)現(xian)快(kuai)速(su)安(an)裝(zhuang)。整(zheng)個(ge)安(an)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)原(yuan)有(you)的(de)開(kai)關(guan)櫃(gui)的(de)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)，尤(you)其(qi)是(shi)針(zhen)對(dui)開(kai)關(guan)櫃(gui)的(de)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)
，安(an)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)絕(jue)緣(yuan)性(xing)能(neng)非(fei)常(chang)好(hao)。智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)的(de)安(an)全(quan)生(sheng)產(chan)是(shi)一(yi)個(ge)龐(pang)大(da)且(qie)繁(fan)雜(za)的(de)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)
，經(jing)過(guo)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)，明(ming)確(que)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)作(zuo)為(wei)電(dian)力(li)公(gong)司(si)以(yi)及(ji)全(quan)社(she)會(hui)改(gai)革(ge)與(yu)創(chuang)新(xin)的(de)前(qian)提(ti)，能(neng)不(bu)斷(duan)推(tui)動(dong)我(wo)國(guo)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)的(de)發(fa)展(zhan)進(jin)程(cheng)。國(guo)家(jia)早(zao)在(zai)2006年(nian)就(jiu)發(fa)布(bu)了(le)多(duo)個(ge)係(xi)統(tong)電(dian)力(li)設(she)備(bei)安(an)全(quan)使(shi)用(yong)的(de)重(zhong)要(yao)文(wen)件(jian)

，明(ming)確(que)認(ren)知(zhi)其(qi)國(guo)家(jia)優(you)先(xian)發(fa)展(zhan)以(yi)及(ji)實(shi)施(shi)的(de)主(zhu)體(ti)是(shi)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)安(an)全(quan)保(bao)障(zhang)。我(wo)國(guo)當(dang)前(qian)處(chu)於(yu)經(jing)濟(ji)發(fa)展(zhan)的(de)增(zeng)長(chang)時(shi)期(qi)，國(guo)家(jia)電(dian)網(wang)的(de)電(dian)力(li)供(gong)電(dian)量(liang)已(yi)經(jing)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)居(ju)民(min)的(de)日(ri)常(chang)生(sheng)活(huo)和(he)社(she)會(hui)生(sheng)產(chan)需(xu)求(qiu)。因(yin)此(ci)，國(guo)家(jia)要(yao)加(jia)大(da)電(dian)網(wang)的(de)供(gong)電(dian)量(liang)
，但(dan)這(zhe)樣(yang)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)網(wang)電(dian)器(qi)設(she)備(bei)出(chu)現(xian)隱(yin)患(huan)，尤(you)其(qi)是(shi)對(dui)於(yu)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)末(mo)端(duan)的(de)10kV高壓開關櫃。因此，隻有確保高壓開關櫃的安全
，才能進一步促進電網溫度監測效果。

五
、安科瑞溫度在線監測係統解決方案

1、概述

  電氣接點在線測溫裝置適用於高低壓開關櫃內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、幹式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測
，防止在運行過程中因氧化、鬆動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為安全隱患
，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

  Acrel-2000T無線測溫監控係統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊
，係統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該係統具有遙信

、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警
、曲線、棒圖
、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫係統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

2、應用場所

適合在泛在電力物聯網、鋼廠
、化工、水泥、數據中心

、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。

3
、係統結構

溫度在線監測係統結構圖

4
、係統功能

測溫係統主機Acrel-2000T安裝於值班監控室，可以遠程監視係統內所有開關設備運行溫度狀態。係統具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電係統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點指定時間的溫度數據。

4）實時告警：係統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。係統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警

，告警方式有彈窗、語音告警等

，還可以短信/APP推送告警消息
，及時提醒值班人員。

5）曆史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析等。

5、係統硬件配置

溫度在線監測係統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元
，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫係統主機組成
，實現變配電係統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

六、結語

就10kV高壓開關櫃無線測溫技術進行深度分析
，結合實際的10kV高壓開關櫃無線測溫技術特點和實際應用發展狀況
，達成全方位保障智能電網的安全穩定運行，推動10kV高壓開關櫃無線測溫技術的持續發展。

參考文獻：

［1］崔金奇．10kV高壓開關櫃無線測溫技術分析[J]．通信電源技術,2020,037(005):45-46

［2］陳秋佳．高低壓成套開關設備智能化控製係統的設計與運用分析[J]．科技資訊,2018,016(004):6769

［3］安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022年05版