刘朝霞

(国家发展和改革委员会大连培训中心，辽宁 大连 116000)

高压开关柜无线测温系统设计

刘朝霞

(国家发展和改革委员会大连培训中心，辽宁 大连 116000)

在对现有高压开关柜温度检测技术进行比较的基础上，提出了高压开关柜无线测温系统的设计方案，并介绍了该无线测温系统的构成以及各部分的设计原理，同时给出了采取的绝缘和抗电磁干扰措施，从而实现了对高压开关柜温度的可靠监测。

高压开关柜；无线测温系统；无线温度传感器

0 引言

高压开关柜是发电厂和变电站的重要电器设备，其内部通常有6组动静触头和多组母排接头。由于这些连接部件长期处于高电压、大电流的工作状态下，只要其接触电阻存在微小的增大，就将引起触头或接头处温度升高。如果温升没有得到及时处理，将会产生恶性循环，并最终导致开关柜烧毁，甚至造成巨大的经济损失。因此，对高压开关柜中触头和接头的温度进行实时监测，对于保障开关柜的安全运行，乃至电网的正常运行都具有十分重要的意义。

1 高压开关柜温度在线检测技术比较

在高电压、大电流环境下，要实现高压开关柜温度的在线监测，首先需要解决隔离和抗强电磁干扰的难题。目前用于开关触头温度在线监测的技术主要有涂层变色测温、红外测温、光纤测温。

(1) 涂层变色测温技术。即在母排接头和开关触点的表面涂一层会随温度变化而改变颜色的材料(如感温蜡)，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围。这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量和实时测量，并且对员工的技术水平要求高。

(2) 红外测温技术。即由操作人员定时手持红外测量仪对准母排接头和开关触点进行测量。这种方法对在0～200 ℃的温度值测量时误差小、准确度高；但是仍然无法做到实时测量，且光学器件在高电压场合使用时较不便，同时价格高。

(3) 光纤测温技术。这种方法具体实现又可分为2种：一种是采用光纤光栅温度传感器；另一种是仅利用光纤传输温度信号。两者都利用了光纤耐温、抗腐蚀、抗电磁干扰等优点。这种方法的最大缺陷是被测带电体与测量设备需要通过光纤连接，因此不能解决污闪的问题；此外，严格地说该技术还存在安全性问题。

可见以上3种方法均存在不足之处。而采用无线通信技术使温度变送器与数据集中显示器之间实现无线数据传输，可在不改变开关柜内部物理结构的基础上，很好地解决隔离的问题；同时采用低功耗设计和屏蔽技术，可解决温度变送器使用寿命和抗强电磁干扰的问题。因此，应考虑设计无线测温系统，以解决高压设备温度在线监测问题。

2 高压开关柜无线测温系统设计原理

2.1 系统构成

该无线测温系统由若干无线温度传感器、无线温度监测仪、监控中心的上位机和通信链路4部分组成。无线温度传感器贴附于母排接头表面和接近开关触头的触臂上，通过无线通信方式将温度数据传送给无线温度监测仪；无线温度监测仪安装于开关柜面板上，收集来自各无线温度传感器的温度数据并进行处理、存储、显示和实现相应的报警控制功能。所有无线温度监测仪通过RS485总线与监控中心的上位机通信，构成分布式监测系统。

2.2 无线温度传感器

无线温度传感器用来测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的裸露触点和母排接头的运行温度。无线温度传感器由温度传感器、测量电路、逻辑控制电路、无线调制接口和供电电路组成，并通过2.4 G无线网络将温度信号发送到无线温度监测仪。

无线温度传感器有一个侧面是感温面，传感器测到的温度就是该感温面的温度，因此为了准确测量物体表面的温度，应保证此感温面与被测物体的表面紧密接触。在安装无线温度传感器前，首先要找到传感器的测温面，然后将该面贴到被测物体表面，并用尼龙扎带将其固定在被测物体上。根据实际情况的不同，也可采用粘结或其他方法固定。

在开关触头温度测量环境下，无线温度传感器性能指标要求如下：

(1) 温度测量范围：-55～+125 ℃；

(2) 精度：±0.5 ℃(-20～+80 ℃)；

(3) 分辨率：0.062 5 ℃；

(4) 温度测量周期：约75 s；

(5) 供电：采用AA 3.6 V锂电池，工作时间大于5年；

(6) 射频标准：IEEE802.15.4；

(7) 外形尺寸：56 mm×29 mm×18 mm。

无线温度传感器因体积小巧，最适用于开关柜温度热接点测量；它可测量开关柜内的触头、引出线电缆接头和母线连接点的运行温度。

2.3 无线温度监测仪

无线温度监测仪主要完成对各温度传感器的数据收集、处理、存储、LCD显示、报警信号输出和与监控中心通信等功能。其通过RS485总线与监控中心的PC机通信；LCD人机交互则用于显示当前各无线传感器的温度数据信息和无线温度监测仪的重要信息。现场用户可执行输入、输出操作，如无线传感器信息查询和设置，无线温度监测仪运行日志查询和配置等。

2.4 温度监测软件

无线测温系统的温度监控软件主程序流程如图1所示，主程序运行1次循环后进入休眠，采用单片机硬件“看门狗”唤醒机制1 s唤醒1次，然后对看门狗复位次数进行计数，由计数值可得到时间的累加，在一定时间间隔内(约5 s)启动温度传感器，采集并传送温度数据。

另外，温度监测软件可实现温度实时显示、历史数据记录和分析、报警状态记录等功能。帮助运行人员监测和分析开关柜触点的发热情况，预测出故障发生的部位，保证高压开关柜设备的安全运行。

图1 温度检测软件主程序

2.5 抗电磁干扰措施

由于无线温度传感器贴附于母排接头表面和接近开关触头的触臂上，当母排或触臂上有大电流流过时，会形成较大的电磁场，对传感器造成很大的电磁干扰，因此，必须采取一定的屏蔽措施来保证无线传感器的可靠运行。系统设计中，除天线外接外，将其他所有电路均包装于一个屏蔽盒内，以最大程度地减少电磁辐射对传感器的干扰。无线温度传感器贴附在导热片上，导热片一面贴于被测量的监测点上，屏蔽盒内其余空间全部灌胶；同时为了提高绝缘性能，使用热缩管包裹传感器。通过采取上述措施，很好地解决了高低压隔离、降低功耗和抗强电磁干扰的技术难题。

3 结束语

高压开关柜等电气设备部件的传统温度检测方法，由于无法解决开关触点和母线接点的高电压测量受环境影响的问题，工作可靠性较差。由此可能导致电气设备部件因超温发生故障，甚至造成重大经济损失。而无线测温系统，采用先进传感技术、数字识别技术、无线通讯技术、自动化控制技术、抗电磁干扰设计，有效地解决了上述问题，可广泛应用于高电压环境的温度在线监测领域，实现现场和远程智能化在线检测、监控和预警。另外，本系统在可靠性、扩展性、成本和安装维护等方面均具有突出优势，已在电力行业得到了应用。

1 郭红兵．间歇式电厂高压开关柜触头温度无线采集模块设计[J]．电力学报，2007(3).

2 王松宁．6 kV高压开关柜触头温度检测系统[J]．科技资讯，2010(2).

3 何海涛，姚国珍．光纤光栅解调技术在电力系统中的应用[J]．电力系统通信，2010(6).

2015-02-10。

刘朝霞(1962-)，女，工程师，主要从事信息化管理及控制系统设计工作，email：liu1648@163.com。