10kV高压开关柜无线测温技术应用分析

翟丽丽+茌旭+吴孝兵+李华兵+何科技

摘 要 近几年，随着人们对供电质量要求逐渐提高，高压开关柜作为配电系统中的重要环节，其本身的安全性、经济性也受到了人们的重视。本文主要研究的是10kV高压开关柜的无线测温技术的相关应用，阐述了10kV高压开关柜在无线测温的技术特点及工作原理，最后总结了无线测温技术在10kV高压开关柜中的应用，应用主要列举了马坦变电站的无源无线测温系统的运用。

关键词 10kV高压开关柜；结构设计；无线测温；技术应用

中图分类号 TD1 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）08-0044-02

1 10kV高压开关柜常用几种无线测温传感器的原理及技术特点

1.1 无线测温的原理

无线测温的原理根据温度传感元件的不同可以分为4类，分别是：热敏电阻温度传感器、红外测温传感器、半导体传感器、声表面温度传感器、无源无线温度传感器，下面笔者将做进一步的分析。

1.1.1 热敏电阻温度传感器

热敏传感器的原理就是阻值会随着温度的变化而发生改变，通过阻值的大小来反映出温度的高低。热敏传感器的优点是灵敏度比较高；缺点是，热敏电阻值和温度的线性关系比较差，元件容易老化，使用的寿命相对比较短，随着使用寿命的缩短精准度和稳定性就会？变差。

1.1.2 红外测温传感器

红外测温传感器主要是黑体辐射的定律，黑体辐射的定律：任何物体只要是高于零度，就都会发出红外线。红外线测温传感器的特点是采用的非接触式测量，测量探头和被测量的物体之间不需要任何遮挡物，也不需要做绝缘处理；缺点是在测温的过程中容易受到温度、湿度、辐射等因素的影响。

1.1.3 半导体传感器

主要是将PN作为测温的元件，原理是PN会随着温度的变化而变化，加强恒定电流，通过运行中输出电流的大小来反映出柜内的温度。半导体传感器的精准度相对比较高，但是灵敏度相对热敏电阻要低一些，半导体传感器反映的时间要比热敏电阻更长一些。半导体电阻的优点是不易老化、使用的寿命相比较长，具有很高的可靠性。

1.1.4 声表面温度传感器

声表面传感器最大的特点就是测温的方式为无源测量方式，通过无线传输的方式进行开关柜内的温度测量。声表面传感器的优点是体积比较小，不需要电源就可以工作，缺点主要是因为无线信号的传输距离比较短，并且在传输的工程中不允许有任何的阻碍物，被测温部位如果发生位移或者是震动的情况机会导致声表面波的相位发生变化，影响测温的准确性。

1.1.5 无源无线温度传感器

无源无线温度传感器使用能量收集方法取得能量以供传感器使用，彻底抛弃了电池及传统CT取电。该传感器使用等电位方法使高压电力系统更加安全可靠；能量收集（EH）技术具有可循环、无污染、低能耗的优点，它建立在微电子技术与微功耗技术的基础上，是以后无线测温系统的发展趋势。

1.2 该测温的技术特点

下面就目前较先进的能量收集（EH）技术的无源无线测温系统的技术特点进行介绍，母排上通过交流电流的时候，在母排周围会产生交变磁场，平时这些磁场都散发到空中，无法利用。现在母排上加装了特殊合金带，让原本散开的磁场部分通过合金带流动，在合金带上环绕有线圈，这样线圈接头两端就能够收集到微弱的电能，这些电能通过累积，在合适的时候放电带动MCU工作，MCU采集到温度信息，通过短距离无线发送到接收装置。传感器利用原本无用的交变磁场来给MCU供电，使得传感器无需电池就能够长期稳定的工作，工作寿命大于10年，并且维护工作量几乎为零。这种合金带不同于普通的硅钢片，硅钢片有一个线性区域，一次电流与二次电流成线性关系，当一次电流比较大的时候，二次电流产生的能量无处释放，就智能以热的型式散发出去，这就带来了安全隐患。无源无线传感器使用的特殊合金的线性区域非常小，磁场很快就饱和了，一次电流继续增加，二次的电流几乎不增加，这样就无需扇热器件，也不会导致涡流和温升。

1.2.1 安全性

无源无线测温传感器体积很小，安装完成后的高度与动触头铁箍高度一样高，几乎不影响绝缘距离，不会对电气设备的安全性能造成影响。

无源无线传感器的信号从开关柜里面传出来还能有20多米距离，因此没有在开关柜里面安装接收设备，也没有布置线缆，也没有安装天线，仅仅安装了传感器而已，不会对电气设备安全造成影响。

1.2.2 准确性

无线传感系统的器件主要是进口的高精度数字传感器，均采用的是接触式的测温方式。传感器可以接近发热点，并能够快速精准的测量测温点的温度变化，最終的测量结果具有较高的准确性。

所有数据传输过程都有校验，校验错误的数据都被丢弃，因此不会因为传输造成温度不准确。

1.2.3 灵活性

体积小，可以安装在动触头，也可以安装在静触头，也可以安装变压器进出线，也可以安装在刀闸接头等位置，一种传感器多种安装方式，给施工带来方便。

传感器出厂的编号都是唯一的，在接收装置上配对即可，无需前期协调，维护更换也无需特殊生产。

传感器采用频分多址技术，每个传感器采用同一个频段通讯，占用频段不超过20毫秒，因此1000只在一起都不会互相影响通讯。

1.2.4 易用性

无源无线温度传感器与其他环境温湿度、带电显示、抽湿机、位移传感器等传感器采用统一的通讯结构，可以统一的接收装置，便于以后加装传感器采集其他物理量。并且集成标准MODBUS协议，61850协议，与其他厂家通讯无障碍。

为与其他平台共享数据，提供了多种共享接口。有RS485通讯接口，有TCP/IP通讯接口，有RS232通讯接口，有光纤通讯接口。

为了便于客户现在，提供了几种显示界面，提供了开关柜单独显示界面，也提供变电站级别的显示界面，同时还可以把全省的数据集中在服务器上显示。

1.2.5 测温范围宽

无源无线测温传感器摆脱了电池供电的缺陷，供电比较充足，因此在高温情况下也能发送数据。测温范围是-45℃～125℃，厂家还在继续升级，下一代有望测温范围达到-45℃～135℃。

2 无源无线测温技术在10kV高压开关柜中的应用——在马坦变电站中的使用

为了提高马坦变电站的维护水平，及时消除高压开关柜的发热问题，选取了杭州休普的无线测温系统，具体如图1所示。根据相关的要求，结合实际的情况进行现场调试，进行温度初次测量，然后进行初次的软件测试，然后将无线测温系统的应用效果和数据进行分析，具体的测温系统调试如图2所示。马坦变电站的10kV高压开关柜安装了无线测温系统之后，有效对开关柜内的温度进行了测量。经过3个多月的10kV高压开关柜内的温度测量，对采集的数据进行了详细的分析，有效地验证了无线测温系统的可靠性和实用性。马坦变电站在使用了无线测温技术之后，有效地控制了10kV高压开关柜发热故障问题，保障了电力的正常运行。

3 结论

综上所述，传统的无线测温技术已经很难适应10kV高压开关柜的温度测量的需要。而高压开关柜又是配电系统中的重要设备，一旦发生事故就会导致严重的后果。采用无线测温技术进行10kV高压开关柜的温度测量，测量器件安装更加的方便快捷、测量的最终数据更加的准确，更加适应当下科技迅速发展的时代。在今后的测温技术中，需要根据实际的使用情况，将无线传感器使用中所遇到的问题进行总结研究，在不断的学习、摸索中完善测温系统。

参考文献

[1]黄诗敏.10kV开关柜局部放电带电检测技术应用与仿真分析研究[D].北京：北京交通大学，2015.

[2]苏乐平.10kV开关柜无源无线温度监测系统研究与应用[D].广州：华南理工大学，2015.