淺談變電站無線測溫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與產(chǎn)品選型

程瑜

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司江蘇江陰214432

摘要：在近年來科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的背景下，電力行業(yè)的相關(guān)技術(shù)也出現(xiàn)了許多新技術(shù)，為了保障電力的穩(wěn)定供應(yīng)和輸送，防止變電站設(shè)備溫度過高造成的超限度負(fù)荷損害問題，針對設(shè)備的運(yùn)行溫度需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，無線測溫技術(shù)的運(yùn)用就能夠有效解決這一問題。與傳統(tǒng)的幾種測溫技術(shù)相比，無線測溫技術(shù)具有多方面的技術(shù)優(yōu)勢，電力企業(yè)相關(guān)人員要注重將其充分運(yùn)用，構(gòu)建相應(yīng)的技術(shù)監(jiān)測平臺，從而及時(shí)的報(bào)警和解決，預(yù)防各種安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，全確保電力事業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。本文主要針對變電站無線測溫技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探究，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：無線測溫技術(shù)；變電站；應(yīng)用

0引言

伴隨城市建設(shè)對電力需求的日益變大，變電站中某些設(shè)備局部經(jīng)常要處于長期高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，它所導(dǎo)致的溫度偏高很容易引發(fā)火災(zāi)或爆炸等惡性事故，造成不利的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響，因此有必要對變電站設(shè)備進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。無線測溫技術(shù)是在數(shù)字化技術(shù)背景下發(fā)展起來的，在實(shí)際的應(yīng)用過程中主要是運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對溫度進(jìn)行在線監(jiān)測預(yù)警，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行自動(dòng)檢測，降低現(xiàn)場設(shè)備的巡查工作量，對不全狀況進(jìn)行提前預(yù)警，在后臺運(yùn)用計(jì)算機(jī)能夠輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和無人值守。

1無線測溫技術(shù)（WSM）的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)分析

1.1無線測溫與傳統(tǒng)測溫的比較

無線測溫，是指高壓電氣設(shè)備的溫度通過傳感技術(shù)、無線通訊技術(shù)、進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換進(jìn)行傳輸，由于它絕緣強(qiáng)度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，很適合在高壓電氣設(shè)備觸點(diǎn)進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測，利用無線傳輸?shù)姆绞綔y量高壓環(huán)境溫度成為一種必然趨勢。下面對無線測溫與三種常規(guī)測溫技術(shù)進(jìn)行比較：（1）普通測溫：常規(guī)的測溫方式是指利用熱電阻、半導(dǎo)體或熱電偶溫度傳感器等測溫，用金屬導(dǎo)體傳輸信號，絕緣強(qiáng)度不能滿足。無線測溫系統(tǒng)絕緣強(qiáng)度高，與高壓電氣設(shè)備隔離，在高壓電氣設(shè)備的任意觸點(diǎn)上都可以安裝，準(zhǔn)確測量高壓電氣設(shè)備觸點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度。（2）紅外測溫：由于紅外測溫是通過紅外成像儀透過高壓電氣設(shè)備連接處成像，由于變電所高壓電氣設(shè)備多，電磁場強(qiáng)度大，成像儀很難準(zhǔn)確成像，這樣很大程度干擾了測溫的準(zhǔn)確度，導(dǎo)致紅外方式無法測量。另外高壓設(shè)備環(huán)境限制，無法安裝紅外測溫探頭（因?yàn)樘筋^需與被測物體保持的安全距離，并需要正對被測物體的表面）。無線測溫系統(tǒng)可以直接安裝到高壓電氣設(shè)備連接處的表面或封閉的柜體內(nèi)，通過溫度采集器進(jìn)行采集，對后臺機(jī)進(jìn)行無線信號方式傳輸[1]。（3）光纖測溫：光纖測溫也是將溫度傳感器直接安裝在電氣設(shè)備連接處或者封閉的柜內(nèi)，溫度傳感器用光纖連接到光纖測溫儀，再利用光纖溫度測溫儀通過光纖傳遞進(jìn)行信號傳輸。光纖韌性、強(qiáng)度不高，受環(huán)境溫度影響大。日積月累絕緣強(qiáng)度降低比較快，在高壓柜內(nèi)安裝、布線受限制，投入成本變大。無線測溫系統(tǒng)采用電磁波傳輸信號，監(jiān)測器直接安裝在高低壓設(shè)上，溫度測量準(zhǔn)確，可以解決電氣絕緣問題，完全絕緣，沒有復(fù)雜的引線，造價(jià)低廉。

1.2WSN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)分析。WSN還是以網(wǎng)絡(luò)為主，它的大量傳感器節(jié)點(diǎn)被密集布置于所監(jiān)測的對象環(huán)境中，它的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)既是路由器節(jié)點(diǎn)也是終端傳感節(jié)點(diǎn)，而且也能自動(dòng)組成網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)多跳路由機(jī)制展開通信功能。所以這種節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在硬件能耗方面相當(dāng)?shù)?，且具有無線傳輸模式，而且它也支持多跳路由協(xié)議[2]。從WSN傳感節(jié)點(diǎn)來講，它主要包括了傳感器、處理器、無線收發(fā)器以及能量供應(yīng)4部分模塊。其中，傳感器模塊主要負(fù)責(zé)變電站監(jiān)測區(qū)的數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換；處理器模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)包括節(jié)點(diǎn)設(shè)備控制、路由協(xié)議、同步定位、任務(wù)及功耗管理在內(nèi)的一切設(shè)備維護(hù)任務(wù)；無線通信模塊主要負(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)等工作。無線通信涉及高技術(shù)含量工作內(nèi)容，能耗高，這就需要能量供應(yīng)模塊，盡可能采用太陽能電池板增加續(xù)航能力。（2）通信結(jié)構(gòu)分析。WSN的通信結(jié)構(gòu)也是一傳感器節(jié)點(diǎn)展開，不過這些節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)布置于被檢測區(qū)域內(nèi)，通信功能所要實(shí)現(xiàn)的就是在區(qū)域內(nèi)收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的相互網(wǎng)絡(luò)連接。傳感器同時(shí)也擁有強(qiáng)大的自組織功能，可以以多跳中繼方式來實(shí)現(xiàn)對匯聚節(jié)點(diǎn)的信息采集及傳送。WSN會(huì)將節(jié)點(diǎn)匯聚將所收集數(shù)據(jù)全部傳送到計(jì)算機(jī)上以供技術(shù)觀察人員判斷并作出下一步設(shè)備運(yùn)行決策[3]。

2變電站無線測溫技術(shù)的應(yīng)用

WSN在變電站中的無線測溫技術(shù)應(yīng)用主要有如下步驟。首先要在站內(nèi)部署構(gòu)建測溫裝置網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)體系基于數(shù)據(jù)采集及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋的基本功能，以便于清晰測溫對象信息。然后將信息傳送到中控室從而進(jìn)行處理分析和管理[4]。一般來說，WSN所采用的都是ISM頻段，它不需要申請頻點(diǎn)，而是通過系統(tǒng)中的256個(gè)或更多溫度傳感器、單體數(shù)據(jù)接收器和一臺計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度節(jié)點(diǎn)控制，將溫度傳感器與數(shù)據(jù)接收器通過無線鏈路相連接，促成無線監(jiān)測體系。WSN在變電站的無線測溫工作主要以上層協(xié)議為核心支持，它確保通信網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)時(shí)段都只有一個(gè)站點(diǎn)處于數(shù)據(jù)發(fā)送傳輸狀態(tài)，這樣就能避免相互之間的數(shù)據(jù)信號干擾。這種站點(diǎn)輪換工作制度主要以逐點(diǎn)掃描來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、單元發(fā)送以及接收，基本實(shí)現(xiàn)了對溫度數(shù)據(jù)的監(jiān)測處理，能夠?qū)崟r(shí)把握變電站設(shè)備溫度變化，做到有備無患[5]。

無線測溫技術(shù)在變電站中進(jìn)行應(yīng)用，會(huì)用到無線溫度傳感器、測溫通信終端和溫度監(jiān)測工作站等設(shè)備，充分利用了數(shù)字化技術(shù)來構(gòu)建無線測溫監(jiān)測平臺，將溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳遞給測溫通訊終端。其中無線溫度傳感器主要是指在各測溫點(diǎn)放置發(fā)送裝置和無線溫度測量裝置，在變電站中應(yīng)用無線測溫技術(shù)，比如選擇阿米特AT-II-C5型無線溫度傳感器，給每個(gè)無線傳感器設(shè)置ID編號，將編號存入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，測量溫度需要控制在-40℃-125℃。數(shù)字化測溫通信終端在實(shí)際的使用過程中主要負(fù)責(zé)接收無線溫度傳感器發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)，需要將軟件管理上的數(shù)據(jù)上傳到管理計(jì)算機(jī)中。為了提高終端的響應(yīng)速度，需要運(yùn)用一個(gè)終端來管理100個(gè)探頭。溫度檢測工作站，主要是指一臺PC計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)需要經(jīng)RS485通信接口轉(zhuǎn)換器來與測溫通訊終端建立連接。需要對各監(jiān)測點(diǎn)運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，對監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化曲線進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)溫度過熱和迅速升高，需要立即報(bào)警。

3安科瑞無線測溫系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測溫點(diǎn)對應(yīng)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)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(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

3.3系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱	外形	型號	參數(shù)說明
系統(tǒng)組態(tài)軟件		Acrel-2000/T	硬件：內(nèi)存 4G，硬盤 500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21 寸，分辨率 1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows 7 64 位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Microsoft SQL Server 2008 R2。 通訊協(xié)議：IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、Modbus RTU、Modbus TCP 等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約
智能通信管理機(jī)		Anet-2E4SM	通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴(kuò)展。
無線測溫集中采集設(shè)備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200 （單位mm）
	Acrel-2000T/B	硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平臺/APP服務(wù)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(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。

	ARTM-24	35MM導(dǎo)軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)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(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場所測溫；
無線收發(fā)器		ATC450-C	可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
	ATC600	ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		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)。
	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)。
	ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護(hù)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(yīng)取電，啟動(dòng)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(diǎn)測溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
	NTC	用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好

4結(jié)束語

總之，無線測溫技術(shù)具有多適應(yīng)性，且它的功耗更低、網(wǎng)絡(luò)容量更大，數(shù)據(jù)傳輸安全且兼容性，非常適合于目前許多中小型變電站使用。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的興起也證明無線通信技術(shù)在未來必將成為工業(yè)領(lǐng)域所不可或缺的核心技術(shù)。將數(shù)字化技術(shù)作為輔助手段，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中溫度的變化情況進(jìn)行監(jiān)控，了解影響溫度變化的原因，對促進(jìn)各項(xiàng)生產(chǎn)工作的有效開展具有重要作用，充分的展現(xiàn)出了無線測溫技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，驗(yàn)證了無線測溫技術(shù)良好的應(yīng)用前景，需要加大對該技術(shù)的推廣。

參考文獻(xiàn)：

焦付紅.變電站無線測溫技術(shù)的應(yīng)用探討

喬礦生.無線測溫技術(shù)在變電站中的應(yīng)用[J].河北煤炭，2013（01）：56-58.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2020.06版．

[4] 安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10

審核編輯 黃宇