10 kV高压开关柜无线测温技术分析

薛文生

厦门ABB开关有限公司 福建厦门 361101

伴随着我国经济的繁荣，人们对供电质的要求也变得越来越高，10 kV高压开关柜作为配电系统中的重要组成部分，人们对其安全性和稳定性有着更严苛的要求。将无线测温技术应用在10 kV高压开关柜中，是电力行业应用高新技术的重要体现。

这里的“10 kV高压开关柜”指的是使用环境在10 kV电压环境范围内的开关柜。其中高压开关柜主要包含三个部分：柜体材料、功能单元和柜内元件设备。这三者共同构建而形成的配电装置。对其进行测温则能够更好地了解配电系统的稳定性和安全性，避免高压开关柜出现温度过高而影响其性能和安全。

笔者在调查中发现，很多工作人员并没有正确地使用对应的无线测温技术，导致测出来的温度并不准确，从而无法让工作人员对问题进行全面的分析，导致一系列安全事故的发生，甚至严重危害到工作人员的生命安全。因此，做好10 kV高压开关柜无线测温技术的分析工作非常重要。

1 常用的几种无线测温传感器的工作原理

我们依据无线测温的传感元器件的工作原理进行划分，主要将其划分成以下5种：一是热敏电阻温度传感器；二是红外测温传感器；三是半导体传感器；四是声表面温度传感器；五是无源无线温度传感器。下面笔者将对这些无线传感器一一进行介绍[1]。

1.1 热敏电阻温度传感器

热敏电阻传感器的工作原理主要是根据电阻伴随着温度的改变而出现一定的变化，在这一变化的过程中主要由电阻值的大小来体现出高压开关柜中温度的情况。

对于这一类型的传感器来说，其优势集中在灵敏度上。而这一类传感器的缺点是，相应的电阻数值和温度之间的存在关系相对较弱，很容易使得元器件出现老化的情况，不利于元器件的长久使用。且伴随着时间的推移，其在温度测量的精准程度上会出现一定的偏差。

1.2 红外测温传感器

红外测温传感器的工作原理主要是利用黑体辐射的定律。这一定律指的是只要物体处在0以上都将生成红外线。对于这一类型的测温传感器来说，由于是通过非接触的形式来进行测量的，即被测量物体在进行测量时并不需要进行直接接触，因此不用对其进行绝缘处理。这类传感器的缺点是，很容易在温度测量的途中受到其他因素的干扰，如被测物体的温度和湿度等。

1.3 半导体传感器

半导体传感器的工作原理主要是将PN作为测温的主体，原因是PN的大小会受到温度影响而产生变化，通过使用恒定的电流大小，对输出电流进行检测，从而确定出高压开关柜内的温度高低。对于这一类型的测温传感器来说，其在精准度上有着较高的水平，但是其在灵敏性上就稍逊于热敏电阻，且其在反馈时间上也不如热敏电阻快。这一类型的电阻主要具备不易老化和拥有较长的使用寿命的优势。

1.4 声表面温度传感器

声表面传感器最主要的特征在于其测温方式上，其主要采用无源测量的方式，并借助无线传输的形式来实现温度的测量。对于这一类型的测温传感器来说，其优点是拥有小巧的体积，且可以不用电源来进行工作。其缺点是难以实现无线信号的长距离传输，或者在传输的过程中遇到障碍，测温部位出现偏移等问题时，会引起测温数据的不准确。

1.5 无源无线温度传感器

无源无线温度传感器主要是利用收集能量的形式让传感器得以驱动，它改变了以往电池驱动传感器的传统方式。由于这一传感器主要是利用等电位的方法来对温度进行测量，因此使得高压电力系统在运行过程中变得安全起来，且其收集能量的技术在环保和无污染上有着显著的优势，因此无源无线温度传感器将成为日后无线测温系统的重要发展方向。

2 关于集成能量技术无源无线测温系统的介绍

由于无源无线测温系统有着显著的优势，因此笔者对当前最具有优势的集成能量技术的无源无线测温系统进行介绍[2]。

当将其连接上交流电流之后，使得母排附近出现交变磁场的情况，之前无法利用这些磁场，但通过在母排上安装了特殊合金带之后，使得磁场可以跟着合金带进行流动。通过把有线圈环绕在合金带上，可以实现部分电能的收集，而经过一段时间电能的积累，其电量可以将MCU带动起来，这时MCU可以将相关的温度信息传送到接收装置中。

对于这种传感器来说，由于其是通过交变磁场的形式来实现MCU的供电，因此使得传感器在没有电池的情况下可以实现长时间的工作，其平均使用寿命在10年以上，且较少需要工作人员对其进行维护。

该合金带与之前的硅钢片有着显著的不同，在硅钢片中都有一个线性的位置。传统的硅钢片在电流经过的时候，若是一次电流相对较大，那么二次电流就会无法将其能量释放出来，这时其就会默认通过热的型式来进行热量的散发，从而很容易引发一系列的安全问题。而在特殊合金下，由于其所形成的线性面积非常小，能够很快地让磁场处于饱和状态，即使是一次电流出现增加的情况，二次电流也不会出现较大的热量，因此不需要使用扇热器件进行散热，不使用散热器件就不会使其出现涡流和温升的情况。

3 无源无线温度传感器技术特点

3.1 安全性

我们都知道，无源无线测温传感器在体积上有着显著的优势，当完成安装后，其所形成的高度不会对绝缘距离造成影响，这进一步地强化了电气设备的安全。

由于无源无线传感器的信号传输距离可达20 m，满足数据的接收工作要求，此时工作人员并不需要进行过多的接收设备的安装，仅需传感器就可实现对温度的测量，从而保障工作人员测量时的安全。这也是无源无线测温传感器具备安全性的重要原因之一。

3.2 准确性

该无线传感系统主要采用的是精度相对较高的数字传感器，且通过接触的方式进行测温。由于其通过接触的方式实现温度的感知，因此设备可较为准确地捕捉到测温点的温度情况，并将相应的温度数据反馈出来，从而使数据更具准确性。在传输相关的数据时，该无线传感系统会对数据进行校验和核查，排查和筛选出错误的数据，进一步地保障温度数据的准确性。这就是无源无线测温传感器具备准确性的重要原因之一[3]。

3.3 灵活性

该技术拥有体积小的优势。工作人员可以将其应用在动静触头上，也可以将其安装在变压器的进出线和刀闸接头等其余位置上。由于其可以安装在不同的位置，极大地便利了施工。且由于该传感器的编号是单独的，工作人员只需对其进行配对即可，并不需要前期做好协调工作，也无需对材料进行维护和更换。

这一传感器主要是利用了频分多址的技术，每个传感器都是使用一个频段，但是其在频段的占有时间低于20 ms,因此即使有很多传感器连接也不会对通信质量造成影响。这就是无源无线测温传感器具备灵活性的重要原因之一。

3.4 易用性

无源无线温度传感器和其他传感器一样，使用的是相同的通讯架构。工作人员可以对其接收系统进行统一，从而更好地进行多传感器的数据采集，做到通讯之间无障碍沟通，并为其余的设备平台进行数据共享，实现各种接口的联通，如：TCP/IP通讯接口等。

为了进一步地便于工作人员操作，其在显示页面上也有着多样化的特性，既可以显示开关柜的操作节目，又可以提供变电站层次的界面，并实时把全省多地对应的数据通过显示屏幕显示给工作人员。这就是无源无线测温传感器具备易用性的重要原因之一。

3.5 测温范围宽

对于无源无线测温传感器来说，由于其不用受到电池供电问题的束缚，其在电量的供应上相对充足，即使在高温的场景下照样可以实现数据的传输。就目前来说，其测温大概在40～130间，通过应用一些先进技术之后，其测温范围将会变得越来越大。这就是无源无线测温传感器具备测温范围宽的重要原因之一。

4 结语

目前我国在10 kV高压开关柜无线测温技术的应用上还存在着很多的问题，如：很多工作人员并不了解10 kV高压开关柜无线测温技术的原理和特点，部分工作人员是按照相关的经验进行操作，这不仅会在一定程度上影响到无线测温技术在10 kV高压开关柜中的应用，而且也无法保障10 kV高压开关柜安全稳定的应用，容易引发一系列的安全事故，危害工作人员的生命安全。

因此，需要相关工作人员进一步地对各种10 kV高压开关柜常用的几种无线测温传感器的原理和技术特点进行了解并熟悉。工作人员唯有落实并掌握好相关的技术和原理，才能保障配电系统的安全性，令配电系统的运行变得更加稳定，从而满足人们对电力资源的需求。