高压带电设备无线测温系统的设计与应用

吕 鑫，吴瑞春，申 洁

(1.廊坊供电公司，河北 廊坊 065000；2.浙江省台州电业局，浙江 台州 317000；3.浙江省临海供电局，浙江 台州 317000)

1 高压带电设备温度检测现状

高压带电设备的可靠性至关重要，如果缺陷(如接触性能不良)或故障而致使其温度升高，不及时诊断并排除，会导致其长时间高温运行，严重破坏绝缘，大大缩短设备的正常运行寿命，并且会逐渐演变恶化形成事故或损坏设备，影响整个电力系统的正常工作。掌握电力设备的发热规律及其温升状况，分析各种设备缺陷及故障状态，可有效诊断设备故障，因此，及时、准确的测出电力设备内部各个关键点的温度具有重大意义[1-2]。

目前高压带电设备温度测量的方法主要有示温蜡片、红外测温、光纤测温和无线测温4种。

a. 示温蜡片。在高压设备的易过热点贴上熔点不同(不同颜色)的示温蜡片，通过观察示温蜡片的熔化情况来大致确定温度范围，该方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量，且需要人工操作，效率不高。

b. 红外测温。红外测温是用热像仪或点温仪对设备进行监视[3]，可以分为人工测量和自动测量，人工测量只能测量当时的情况，不能实现实时监测和及时告警。自动测量可以实现在线监测，但红外热像仪自身结构复杂，价格昂贵、阻碍了其在电力系统的大规模应用。

c. 光纤测温。光纤温度在线测温采用光纤传递信号[4-5]，但其运行不稳定，因为传感器与测温仪表之间采用光纤连接，检修时光缆很容易被碰断；安装工作量大，需要改造原有设备；隔离高压的光纤表面可能受到污染，将导致光纤沿面放电。

d. 无线测温。无线测温即建立无线传感器网络，由安装在监测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个网络系统，采集网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。目前，无线信号的电磁兼容性和测温节点的低功耗性能需进一步完善[6-7]。

2 高压带电设备无线测温系统的设计

高压带电设备无线测温系统(简称“无线测温系统”)采用无线射频模块与数字温度传感器相结合的方法，将温度传感器安装到变电站设备的带电接头触点上，在线实时测量该点温度后，以无线方式将数据上传至电力自动化系统集中显示，使值班人员在远端监视设备温度，了解设备运行状态。当被测点温度超过预先设定的阈值时，系统发出超温报警信号，提醒及时消除事故隐患。该系统可在常规变电站、箱式变电站、小型化变电站等处使用。

2.1 系统结构

组建无线测温系统需要2个环节，一是测温节点的设计，另一个是网络的构成。无线测温系统采用先将采集数据汇聚于一点，再通过远程(GPRS/CDMA)无线网络或串行通信的方式传输到监控端，实现无线传输的技术方案。无线测温系统结构见图1。

图1 无线测温系统结构

2.2 系统组成

无线测温系统包括3个设备部分及1套后台软件，分别为无线汇集终端、无线测温终端、无线中继站、测温后台软件，实现对电力设备的在线温度测量和预警。

2.2.1 无线测温终端

无线测温终端由高能电池供电，减少高低压之间的电气联系，采用全数字方式工作，温度传感器附着在发热点(高压母线或高压开关)上，并由一段数据线和无线数据变换器相连接，该终端附着在高压母线或高压开关上并长期工作在高压环境中。测温终端具有高绝缘性和抗电磁场干扰性，实时监测并可根据需要向控制中心传输温度数据。相关技术指标为：最大输出功率≤10 mW；最远传输距离≥200 m(无阻挡)；发射电流17 mA；电源为可自供电、可更换的电池，电池寿命3～5年；测量温度为-40～125 ℃；测量精度±0.5 ℃；防水级别为IP68；符合(GB/T 2423.1)《电工电子产品环境试验 第1部分：试验方法 试验A：低温》和GB/T 2423.2《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验B：高温》的要求，适于在气候条件恶劣的地区及户外使用。

2.2.2 无线汇集终端

无线汇集终端在某频段上实现和多个无线测温终端采集温度数据的通信，并可以向无线测温终端发送指令，在整个测温系统中处于核心地位，由它来调节整个无线通信网络。通过连接计算机上的设置软件实现对无线测温终端的设置，一般安装在主控室。相关技术指标为：可多组(32组)管理无线测温终端；与计算机接口采用RS485标准串口；利用电源适配器AC220供电；最大输出功率≤10 mW；最远传输距离≥200 m(无阻挡)；符合GB/T 2423.1和GB/T 2423.2的要求，适于在气候条件恶劣的地区使用。

2.2.3 无线中继站

无线中继站采用无线防冲突组网技术，可多通道双向传输数据，分组管理无线测温终端，实现数据中转，在此基础上可添加CDMA/GPRS模块。是否使用无线中继站由各测温终端所处的物理位置决定，测温终端与无线汇集终端处于有效的通信距离内，则无须增加无线中继站。无线汇集终端安装在控制中心，控制中心计算机软件实时监控每个点温度的变化，掌握整个高压系统的发热状况，进而做出正确的决策。相关技术参数如下：可多组(32组)管理无线测温终端；利用电源适配器AC220供电或电池供电；通过配套设施可以快捷、轻松建立不受地形隔间限制的网络；最大输出功率≤10 mW；最远传输距离≥300 m(可视距离)；发射电流17 mA。

2.2.4 测温后台软件

测温后台软件具备高温报警功能，当被测设备温度达到设定温度后，后台软件立即弹出被监测厂站一次接线图及文字报警条，并进行声音告警。系统自动检测每个测温点的变化过程，当出现某个测点温度持续升高时，系统自动进行声音及文字提示。所有测点的温度曲线都可以日曲线、月曲线、年曲线的方式显示，并且可以采用平均温度、最高温度、最低温度等统计方式显示，见图2，温度变化趋势一目了然；各种温度数据(包括统计数据)都可以生成报表。

图2 测温软件温度曲线显示界面示意

2.3 数据传输方式

无线测温终端把温度信号通过无线的方式直接或经过无线中继站传送给无线汇集终端，无线汇集终端可以接收多个测温终端发送来的数据。如果在无人值守、实际测温地点远离控制中心的环境中，无线汇集终端可以把接收到的数据通过RS232传送给GPRS/CDMA，再由GPRS/CDMA把数据传送到控制中心的计算机，由计算机的后台软件进行处理。

3 无线测温系统应用分析

河北某公司自2009年1月在台城、莲花2座无人值班变电站使用了无线测温系统，主要监测主变压器高低压侧触头、母联断路器触点、进线断路器触点、出线断路器及电缆接头触点等位置的温度，无线测温终端在高压带电设备上的安装示意见图3。

图3 无线测温终端安装示意

无线测温系统通过该公司千兆网络将实时温度数据上传到调度和监控中心，由后台系统进行处理、存储历史数据，并根据越限情况发出警报。截止目前，该系统在线运行正常、状况良好，可为状态检修提供数据支持与依据。

常见测温方法与无线测温系统的性能与费用比较见表1。

表1 常见测温方法与无线测温系统的性能与费用比较

测温产品及系统精度数据处理能力是否和周围有电气连接安装难易及扩展性能成本运营成本示温蜡片不能定量测量无无容易廉价高红外线测温仪环境影响大无无不存在昂贵高光纤测温系统±1 ℃有有需要布线,扩展性不好昂贵低无线测温系统±0.5 ℃有无无需布线,扩展性好昂贵低

通过应用和比较可知，无线测温系统可以对主变压器高低压侧隔离开关触点、变压器穿墙套管固定位置、小推车开关内部触点、电缆接头触点等部位进行“零距离”监测，由于通信中传送的是数字信号，所以它不会受到电磁干扰的影响, 也不会对电气设备的正常运行带来任何负面影响 ，可以在高电压、强辐射和强电磁干扰等恶劣环境下运行。系统扩展性好，采用短程无线网络的方式，多个测温终端分布在无线汇集终端的周围，测温终端小巧轻便，可在狭小空间内应用，在有效的通信范围内可以添加、删除、移动测温终端。

4 结束语

无线测温系统与其他测温方法相比，具有无需布线、测温元件安装方便、几乎任何关键点都可以使用、信息准确及时、报警系统良好等优点。该系统可实现电力系统中关键部位温度的在线监测，辅助运行人员及时发现设备异常，可为状态检修提供依据，改变了电力系统的检修模式，使运行人员及时掌握设备运行情况，可在一定程度上提高供电系统的可靠性。

参考文献：

[1] 刘 强．电网设备温度无线监测[D]．苏州：苏州大学硕士学位论文，2005．

[2] 台 畅，吴必瑞．电力设备温度无线监测系统研究[J]．电力学报，2008，23(5)：415-417．

[3] 周 密．变电站红外检测诊断技术的应用[J]．广西电力，2007(5)：45-47．

[4] 苑 舜．高压开关设备状态监测与诊断技术[M]．北京：机械工业出版社，2001．

[5] 茶国智．电力设备温度在线检测系统的研究与设计[D]．成都：西南交通大学硕士学位论文，2007．

[6] 穆建国，陈晓霞．莱钢变电站在线温度无线监测系统的研究与应用[J]．冶金自动化，2009，33(4)：53-55．

[7] 金振东，许 箴，金 峰，等．国内高压带电设备测温方式综述及分析[J]．电力设备，2007，8(12)：57-61．