浅谈无线测温系统在高压开关柜的设计与应用

浅谈无线测温系统在高压开关柜的设计与应用

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：高压开关柜是变电站的重要电气设备，它担负着闭合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用高压开关柜长期3-作在高电压、大电流、强磁场的环境下，触头的氧化、接触电阻常常使触头发热，温度过高，如不及时发现并处理可能会引发火灾、停电、等严重事故、因此，高压开关柜内实时温度监测问题已经成为电力系统中亟待解决的实际问题文章提出一种基于单片机的高压开关柜无线测温系统，该系统具有结构简单，测温；隹确度高等特点

关键词：高压开关柜；无线测温系统；单片机

0引言

随着同民经济的快速发展，各行各A,kx~电能的需求也越来越高，因此，电力设备的安全可靠运行是电网安全保障的重要环节。高压开关柜是变电站的重要设备之一，大多数高压开关柜采用封闭结构，散热条件较差，设备在长时间T作状态下，开关柜内的触头容易发热而导致部件老化，引起火灾等事故因此，封闭式结构的高压开关柜内部过热现象已成为开关柜的一个普遍问题。

1高压开关柜内部触头温度检测方法

目前，对高压开关柜内部触头发热情况进行监控，随时掌握温度变化情况，使之在处于危险温度前对其进行及ft寸处理，从而避免发生安全事故。目前常用的检测方法主要有人T巡检、贴色片测温法、光纤测温法和红外测温法。人T巡检主要依靠T作人员手持红~'t-N温仪对高压开关柜内温度进行测量，但由于高压开关柜密闭结构，且由于柜内线路或元件的遮挡．使得红外测温仪无法准确测得柜内温度数据。贴色片测温法是依据色片颜色不同来判断柜内温度，该方法也无法准确反映柜内温度情况。光纤测温则是将光纤作为温度传感器，通过温度变化调制透过光纤的光强来确定温度，对于光源、发射和接收电路等设备要求较高。红I-N温法是通过被测目标的温度变化埘应红外辐射变化来确定其温度，这种测温方式准确度较低。基于此，本文提出一种基于单片机的高压开关柜无线测温系统，该系统具有测温准确、安装方便等特点。

2系统总体设计

2.1系统设计要求

高压开关柜是电力系统的重要设备，长期作在强电磁噪声的环境下，对可靠性和稳定性要求都很高，因此，针对高压开关柜的特殊]：作环境，监控系统应满足以下要求：(1)能够长期稳定T作，无需经常更换电池；(2)可适应复杂的电磁噪音环境；(3)体积小，方便部署在触头位置；(4)系统要求较高的可靠性。

2.2系统总体设计方案

本文提的高压开关柜无线测温系统主要包括无线测温模块、集巾器、上位机服务器3部分，其中无线测温模块安装在高压开关柜内触头处，用于检测触头温度，并将检测到的温度信号以无线方式发给温度采集器，温度采集器通过有线网络，与上位机服务器相连接，将高压开关柜内触头温度实时传送到上位机服务器，上位机可以实现高压开关柜温度数据的显示、存储、报警以及历史数据的查询等功能，从而完成对高压开关柜内触电温度的检测和预警。

图1高压开关柜无线测温系统架构

对于下位机温度采集模块，主要单片机控制模块，温度传感器模块，无线收发模块，供电模块组成，其结构如图2所示。其中，温度传感器选用美国DALLAS公司推出的智能化数字式温度传感器DS18B20。DS18B20具有成本低，测温范围广(．55～125°C)等特点，可以满足高压开关柜内的测温设计要求。单片机控制模块采取意法半导体公司推STM32F103RBT6，这款单片机是目前32位微处理器中功耗的芯片，有利于i贝0温装置的节能。无线收发模块采取CC2520芯片，用于将采集到的温度数据以无线的方式发给温度采集器。

图2下位机温度采集架构

图3下位机软件流程

2.3系统软件设计

在高压开关柜无线测温系统中，下位机软件主要包括系统初始化、参数设置、数据信号采集、检测及报警等，软件程序在编写时主要采取模块化思想进行设计和实现，具有可移植性好，便于编写、调试和后期维护，系统程序流程如图3所示。下位机程序开发采用C语言编写。

高压开关柜无线测温系统上位机主要包括对下位机采集到的温度监测数据进行显示、存储、报警、查询历史数据等功能。

3.安科瑞温度在线监测系统解决方案

3.1概述

电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

3.2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。

3.3系统结构

温度在线监测系统结构图

3.4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：

3.4.1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。

3.4.2温度曲线

查看每个测温点的温度趋势曲线。

3.4.3运行报表

查询及打印各测温点时间的温度数据。

3.4.4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。

3.4.5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。

3.5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；

4结语

本文针对变电站高压开关柜特殊工作环境，设 计开发了一款无线测温系统 ，实现了对高压开关柜 内触头温度的实时采集、传输、显示、报警等功能，该 系统具有结构简单、功耗低、测温准确、性价比高等 特点，易于工程实现。

参考文献

李冬，牟元恩 ，张营.高压开关柜无线测温系统设计

陈铭．高压开关柜的在线监测和故障诊断[J]．广东科技，2013(16)：121—122．

向方云，张俊．高压开关柜触头温度在线监测的研究[1T]．电子世界，2016(13)：167．

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版

审核编辑 黄宇