基于无线网络的10kV开关柜电缆接头测温系统设计

张子悦 姬联合 王广佳 沈晓洁 矫旭昌

摘 要：10kV开关柜在电网中起着承上启下的作用，其安全可靠的运行关乎着电网运行的安全性与可靠性。在日常运维工作中，因为红外测试仪器无法透过玻璃进行测温，无法及时发现设备缺陷、预防设备事故异常的发生。本文提出一种基于无线网络的10kV开关柜电缆接头测温系统，能较好地适应变电站现场需求，可广泛应用于10kV高压开关柜，实现在线温度监测与报警，预防电网及设备事故。

关键词：10kV开关柜；无线网络；测温系统

GB763-90《交流高压电气在长期工作时的发热》中规定，10kV高压开关柜内裸铜或裸铜合金触指最高允许温度为75度，但由于目前的10kV高压开关柜运行时是全封闭的，处于高压带电的状态下，且前、后间隔可视窗口为普通玻璃，普松的透射波段不能满足红外的工作波段（0.15-14μm），故传统的红外测温技术不能测得10kV开关柜内电缆接头的温度，因此研究应用先进的10kV开关柜测温技术，提高设备的巡视水平，降低巡视工作难度，对于保障电力设备安全，提高供电可靠性具有重要意义[1]。为了贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的指导方针，本文提出一种基于无线网络的10kV开关柜电缆接头测温系统。

1 测温技术发展现状

目前测温方法主要分为接触式测温以及非接触式测温，其中接触式测温包括膨胀式测温、电量式测温和接触式光电、热色测温等几大类，非接触式测温方法不需要与被测对象接触，因而不会干扰温度场，动态响应特性一般也很好，但是会受到被测对象表面状态或测量介质物性参数的影响，非接触测温方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、激光干涉式测温以及声波测温方法等[2]。下面本文对几种常用测温方法进行分析与总结。

（1）示温蜡片的颜色会随着设备的温度增加而变色，根据颜色估算大致的温度范围，但是示温蜡片容易脱落，精度低，更无法高温告警。

（2）红外测温技术，精度较高，使用方便，但是由于红外线不能通过玻璃，所以不能对10kV开关柜内设备进行精确测温，并且红外测温仪的使用跟人员的技术水平有很大的关系，测量精度的高低影响因素较多。

（3）光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术，优点有不受电磁干扰，耐腐蚀，无源实时监测、电绝缘、防爆性好，体积小、重量轻、可绕曲，灵敏度高，使用寿命长，传输距离远，维护方便，光纤表面污染后会造成放电，对系统绝缘形成很大威胁[3]。

（4）无线测温法，利用温度传感器以及无线网络技术，将设备温度通过无线网络进行传输，在后台进行数据处理，做出相应的判断以及执行相应的操作。此种方法，精确度高，安全性强，可靠性高，性价比高。

2 解决方案

针对目前XX供电公司的设备情况以及系统运行状态，解决10kV开关柜后间隔电缆接头无法测温问题的办法有：

（1）寻找一种可发光（用于熄灯巡视）、且粘贴牢固的示温蜡片；

（2）将开关后间隔的玻璃换成石英、硫化锌、硅、锗等材质的红外测温玻璃；

（3）设计一种基于无线网络的测温系统。

根据高压开关柜在线测温技术的特点及发展现状，充分比较了各种测温技术的优缺点，根据实际需求，结合“智能电网”的发展趋势，减少人力投入，优化梳理工作内容，本次项目将设计一种基于无线网络的10kV开关柜电缆接头测温系统。

3 方案总体设计

3.1 基础方案

将温度测试模块安装在开关柜后间隔的出线电缆接头上，通过无线通道将本变电站内所有温度测试模块的温度信息传输到站内数据采集模块中，数据采集模块对温度信息进行数字化处理，将各开关柜出线接头的温度信息显示出来，并对超过设定值的设备发出报警信号，报警信号通过无线通道以短信的形式发到用户手机。

3.2 升级方案

升级方案是在基础方案的基础上，基于XX供电公司目前应用的巡检系统而开发的无线网络测温系统，数据采集模块只进行简单的数据计算、显示功能，而将所有的数据都上传到巡检系统服务器，由巡检系统进行大数据云计算[4]。

4 技术支持

在各个模块之间是以无线网络为载体通过协议帧进行数据以及命令的传输，数据采集模块作为“数据中转站”，与温度测量模块通过Zigbee的方式进行数据交换，同时利用GPRS技术通过TCP/IP协议与设置好IP的服务器进行数据交换，其中MCU模块采用ARM系列LPC1778单片机、Zigbee模块采用CC2530单片机以及GPRS模块采用SIM900A单片机[5]。

5 总结

本次项目研究目的为设计出一种基于无线网络的10kV開关柜电缆接头测温系统，该系统具备：

（1）温度测量模块具备相应电压等级的绝缘性能；

（2）温度测量模块通过抗电磁干扰实验；

（3）测量数据准确、可靠性高、安装方便、施工量小；

（4）能较好地适应现场需求，可广泛应用于10kV高压开关柜；

（5）实现在线温度监测与报警，预防电网及设备事故；

（6）可对历史数据进行对比分析，找出不同厂家设备或者不同运行方式下的设备的差异性。

参考文献：

[1]曾振兴.10kV高压开关柜无线测温技术的研究与应用[D].华南理工大学，2013.

[2]杨永军.温度测量技术现状和发展概述[J].计测技术，2009. 29（4）：62-65.

[2]毛伟.基于ARM的红外测温算法及信号处理系统设计[D].南京理工大学，2014.

[3]刘文锋，宋德杰，刘俊成，等.基于STM32的红外测温仪的研制[J].硬件纵横，2012.31（2）：22-24.

[4]向乾.基于Zigbee的中压开关柜触头测温系统研究[D].西安工程大学，2015.

[5]黄启良.应用于高压设备测温的无线佑威器网络的巧计和连现[D].南京邮电学，2014.