摘要：為了避免輸送電力資源的設備，如傳輸線纜、變壓器、高壓開關等由于連接部分過熱而發生損壞事故，研制了一種無線測 溫系統，用于檢測高壓設備器件的運行情況，及時消除安全隱患。
關鍵詞：無線測溫系統；高壓電氣設備；溫度傳感器；無線溫度檢測器
0前言
近年來隨著電子設備的廣泛應用，企業在生產過程中使用的電力負荷也隨之加重，經常會發生因負載過多而導致電路設備燒毀的情況，對企業造成不小的財產損失。為有效檢測設備運行時的溫度變化狀況，研制了一種無線測溫系統，利用溫度傳感器與無線傳輸系統相結合的方法，達到實時監測設備溫度變化的目的。
1 無線測溫系統結構分析
無線測溫系統由兩部分組成，一部分是實時監測溫度的硬件結構，即溫度傳感器，另一部分是傳輸并顯示檢測結果的 結構，本研究將其集成在溫度檢測器中。溫度傳感器一般位于 高壓開關柜、電纜接頭、保險絲等接口處，為保證測量精度，傳 感器與被測點一般處于同一 電位，然后通過無線傳輸技術將 所得數據傳輸并顯示到控制分析器件中。為保證該測溫系統 的用電安全，高壓工作部分與低壓工作部分應實現電氣隔離， 以免發生漏電等事故。溫度接收裝置一般安裝在工作器件的外表面，并設置有多個通道，以實現對多個位置的實時監測和數據處理，之后將接收器收到的數據通過串口或者并口數據 線傳輸到計算機中，由事先編輯好的程序進行分析和處理。
1.1溫度傳感器
溫度傳感器的主要功能是將溫度信號轉變為電信號，常用的有Pt 100熱電偶傳感器，測量精度為0.1 C。無線溫度傳感器除溫度檢測元件外，還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路以及一定頻率下的無線通信電路，溫度傳感器要與被測物體表面緊密接觸。為了適應高溫工作環境，無線溫度傳感器 通常要用高溫高壓的熱縮管進行封裝，還要具備一定的防水 防塵能力，以滿足長時間工作需求。由于無線溫度檢測系統的工作空間一般都比較小，因此在封裝時應盡量減小其體積，以適應工作環境。
在使用溫度傳感器時，可利用耐高溫的尼龍絲或粘貼的方法將已經封裝好的溫度檢測器固定于物體表面，但要注意保持接觸的緊密度，以減少測量誤差。溫度傳感器應有比較寬 的線性工作范圍，一般選擇-55~130 C的傳感器，對于不同的工作環境，應根據精度和誤差要求進行選擇。
1.2無線溫度檢測器
無線溫度檢測器有多個接收通道，可同時對來自多個位置的測量數據進行處理并顯示。檢測器中設置有閾值判定模塊和故障處理模塊，工作人員事先設定一個安全范圍，檢測器在接收到數據之后與設定閾值進行對比，一旦發現溫度高于閾值就轉入故障處理模塊，檢測器顯示屏上會輸出警告字樣，同時輸出一系列高低電平以驅動報警指示燈和音響工作。
1.3實時溫度檢測軟件系統
為降低工作人員的工作量，技術人員設計開發了與上述無線溫度檢測系統相匹配的實時溫度檢測軟件，以實現數據分析和處理。該軟件安裝于與無線溫度檢測系統相連接的計 算機上，具備溫度顯示功能、數據存儲功能、歷史數據分析對比功能、故障警示功能和設備運行狀態分析功能，可以幫助技 術人員處理海量數據，提煉有用信息，對各個設備溫度的變化情況進行對比和分析，及時匯報異常狀態，保證各個設備的安 全運行。同時，該軟件還具有強大的數學計算功能和可視化能力，可以將一段時間內的數據以曲線圖的方式展示，并標注其中的異常點，提醒維修人員檢查。
2無線測溫系統的技術優勢及適用范圍
無線測溫系統的通信頻段一般設置為2.3~2 .5 GHz，處于 高頻波段，抗干擾力強。通信技術選擇ZigBee技術，適用于 短距離通信，使用復雜度較低，具有低功耗、低成本的優點，實 時處理能力強。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效 率，體積較小，便于安裝和使用，內部采用鋰電池供電，使用壽 命長。 傳感器使用二進制編碼，處理分析方便。
溫度傳感器在使用時應用無線傳輸技術，不需外接數據 線，系統安全性能高，漏電風險小。 由于溫度傳感器在信息傳 輸時不需要使用外部數據線， 因此不會受到溫度、濕度、灰塵、 振動等的影響，數據傳輸穩定性高，抗干擾力強。溫度傳感 器與計算機連接并通過計算機中的軟件對檢測數據進行處理 和分析，具有良好的實時性，同時還可節省人力資源，提高工 作效率。與傳統的紅外測溫傳感器相比，本研究提出的無線測 溫系統不需要人工進行操作，受周圍環境、設備構造的影響比 較小，測量精度比較高。
目前研制的無線測溫系統工作范圍為35 kV以下高壓開 關、繼電器以及多種接觸點，地下電纜的檢測電壓為 110 kV，在使用時要注意工作電壓的限制。
3無線測溫系統的應用實例
無線測溫系統繼研發以來，受到了廣大生產企業的青睞， 應用十分廣泛，英美等發達國家對這方面的研究起步較早，我 國雖然研發較晚，但也取得了一系列成果，尤其是近幾年發展十分迅速。
高壓開關柜即電路中的斷電保護器，主要應用于高壓傳輸設備中的發電設備、傳輸線纜、配電器、變壓器以及大功率 負載中。其中的觸頭和接點通常是固定封裝，位置比較隱秘， 使用時間較長會發生氧化損壞、接口松動等現象，從而導致開關柜的電阻大，在使用過程中產生熱量增多，使得金屬膨 脹、氧化，電阻進一步大，久而久之形成惡性循環。使用人工方法進行溫度檢測無法得到實時信息，不能及時發現突發事 故隱患，可能會釀成安全事故。為解決因高壓開關柜溫度檢測 不及時而帶來的安全隱患，河北宣化鋼鐵集團在其旗下子公 司一變電站成功引入了無限溫度在線監測系統，實現了對變 電站高壓開關柜內觸點和電纜接頭溫度的實時連續監測，可 及時發現溫度過熱情況并進行處理，避免了多起事故的發生。
某化工集團自備發電廠中分別配備有功率為30 MW、60 MW 和13.5 MW的發電機組，數量在1~3臺不等，主要功能是為工 廠供水、供電、供暖。近幾年來工廠用電需求逐漸增多，電氣設 備也進行了一定的改造，用電負荷日益大。5年前該工廠在 檢修時發現發電機組接線部分由于過熱而發生了一定程度的 損壞，安全隱患很高，因此工廠引入了無線測溫系統，并將溫 度傳感器處理系統與計算機后臺連接，工作人員可以及時全 面掌握設備運行情況，排除安全隱患。
4安科瑞溫度在線監測系統
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、松動、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無線測溫監控系統通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系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提高。該系統具有遙信、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，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
4.2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。
4.3系統結構
溫度在線監測系統結構圖
4.4系統功能
測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電系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時間的溫度數據。
4）實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系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）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
4.5系統硬件配置
溫度在線監測系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系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
名稱 | 外形 | 型號 | 參數說明 |
系統組態軟件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：內存 4G，硬盤 500G，以太網口。 顯示器：21 寸，分辨率 1280*1024。 操作系統：Windows 7 64 位簡體中文旗艦版。 數據庫系統：Microsoft SQL Server 2008 R2。 通訊協議：IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、Modbus RTU、Modbus TCP 等國際標準通信規約 |
智能通信管理機 |
| Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
無線測溫集中采集設備 |
| Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200 （單位mm） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm) | |
顯示終端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 |
| ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
智能溫度巡檢儀 |
| ARTM-8 | 開孔88*88mm 嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫； |
| ARTM-24 | 35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫； | |
無線收發器 |
| ATC450-C | 可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。 |
| ATC600 | ATC600有兩種規格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。ATC600-Z做中繼透傳。 | |
電池型無線測溫傳感器 |
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ATE100M | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。 |
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ATE200 | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm， L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。 | |
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ATE200P | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm， L=330mm(長*寬*高，三色表帶) 。 | |
CT取電型無線測溫傳感器 |
| ATE400 | CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。 |
有線溫度傳感器 |
| PT100 | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好 |
5結束語
無線測溫系統由溫度傳感器、通信系統、顯示系統等組成，并通過數據線或者通信芯片與上級計算機連接，可以實現對多個高壓電氣設備溫度的在線監測預處理，幫助工作人員及時發現隱患，保證生產設備的性能。無線傳輸技術無需使用外部電線，可以有效減少傳輸過程中的電容耦合和 電感耦合，實現高壓環境檢測設備與次級處理設備之間的電氣隔離，具有較高的性能，在高壓電氣設備檢測領域有著廣泛的應用前景。
參考文獻
[1] 郭東.無線測溫系統在高壓電氣設備上的應用.
[2] 萬千云. 電力系統運行實用技術問答[M].北京：中國電力出版社，2003.
安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版．
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