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无源无线测温系统设计及在高压开关柜中的应用

摘要：

发电厂、变电站的高压开关柜在电力系统中起着发电、输电、配电和电能转换过程中开合、控制和保护作用。随着电网设备技术的发展，高压开关柜也得到广泛的使用。温度是表征开关柜运行正常的一个重要参数，开关柜在长期运行过程中,开关的触点和母线连接等部位因老化导致接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度很难监测，并且由于高压开关柜的密闭性，因此难以测量运行中柜内接（触）头的实际温度，如不及时发现并处理接（触）头过热性缺陷，严重威胁电力安全生产。开关柜设备长期的超温运行，会降低设备的性能及使用寿命，引发设备故障，影响电网的正常运行，甚至引起电气火灾，造成巨大经济损失。

高压开关柜的温度在线监测越来越得到用户的认可和重视，目前感应取电无源无线温度在线监测系统在高压开关柜上得到广泛应用，无源无线测温传感器安装维护方便，组网简单，实时在线，可以代替传统的人工定期巡检的方式，及时发现电力设备的温度异常，保证设备安全运行。

概述：

无源无线测温系统主要由无源无线温度传感器、无线温度监测装置、无线测温监测主机及软件系统等组成，实现高压开关柜关键电气部位的温度在线监测。

1、无源无线传感器的设计

无源无线测温传感器的感应电源采用小CT磁饱和技术由一次电流感应出电源。充分利用高压开关柜内三相母线电流产生的大量电磁能，根据电流互感器模型进行设计。当通过电流保持在3A-5000A之间，感应电源即可不间断提供给传感器稳定的工作电压，消除了电池供电需要停电更换的弊端，大大减少了维护工作量。

能量来源：传感器利用一次回路电流取电，能量供给远远不断，温度采样速率随意设定。

 超低功耗设计：主芯片采用美国TI公司，功耗低，低可至0.03mw，区别于传统的感应供电，不存在发热现象。

 温度传感器一次回路取能范围大大加宽:只用2a就可启动，高至10000A，完全满足现有市场的开关柜负荷要求（现有市场的开关柜设计负荷高可至6000A），基本无盲区。

外观设计：超精小化设计，适合所有的开关柜及电缆接头等多种部位的温度监测，无需根据不同测温位置，不同开关负荷选用不同规格尺寸，不同技术参数的传感器，大大节省了供货难度和供货时间，同时现场安装更方面快捷，大大缩短了现场安装时间。

测温元件：采用耐高温、高精度热敏电阻，测温范围宽至-40℃～+200℃，精度 ±1% 。

2、无源无线测温传感器的软件设计

无源无线传感器的软件采用C语言进行编程，编程需要注意规范，代码简洁易读，传感器为低功耗设计，需要控制好整个电路系统的功耗，及时对单片机和外设进行休眠或电源关断，使得系统空闲时电流消耗不超过2uA。

为了保障传感器系统的可靠运行，需要正确配置单片机的看门狗，保证不会出现传感器死机的情况。此外还要防止传感器通信碰撞，提高通信抗干扰性能，采用随机延时的算法进行温度上报，并对通信数据进行CRC校验，滤除异常数据。

3、无源无线传感器的主要性能与安装

按照以上的原理和方法设计出的无源无线测温传感器ZRDTS-6，可在一次回路电流在5~5000A范围内取电工作，每15秒（时间可以根据用户需求设置）进行一次测量发热点温度并无线上传至柜面安装的显示单元。传感器温度测量范围为-50℃~+125℃，精度高达±1℃，测温分辨率0.1℃，体积小巧，安装方便，抗干扰性能强，广泛应用于高压柜电气接头测温。

下图为安装图片

                       

5、无线测温接收装置主要功能

可用于高压开关柜触点及接点、刀闸开关、高压电缆中间接头、变压器、低压大电流等设备的温度监测。用于接收无源无线温度传感器（DTS-6）发射的无线数字信号, 并将信号转换成电信号,经内部电路处理，通过显示屏显示当前所测温度，可以实现250个无线温度传感器的数据采集。同时通过RS485通讯上传到监控主机，使运行人员能够对温度进行实时在线准确地巡检，对高压电气设备接点温度状态能够及时地掌握。可以根据用户设定预警、报警温度值，实现高温预警、超温告警、相间温差报警、温度突变量告警等功能，装置可存储200条告警记录，同时告警时继电器出口可以控制声光报警器，帮助用户及时发现故障，尽快分析查找设备故障原因，恢复正常供电。所有测量数据都可以通过485接口及标准Modbus-RTU协议接入边缘计算网关，实现网络组网，将数据上传至无线测温监测系统主机。

6、无线测温在线检测系统ZRMSCADA V3.0的功能

ZRMSCADA在线监测软件分为通讯模块，监控模块，组态设计模块组成。

通过该软件，能够与不同协议的终端仪表通讯，并将数据写入SQL数据库，可查询历史记录，曲线，报警窗口弹出，打印等。同时能够实现局域网内客户端查看数据。

系统具有以下功能：

（1）电气监控系统分布图：在显示界面可以显示一次系统模拟图。

（2）温度监测：在监控系统上集中显示被测各点的温度值。

（3）报警功能：实际测量到的参数值超过报警值时进行声光报警，并带有语音报警功能。

（4）故障显示：被测设备温度点的位置非正常工作时显示故障。

（5）数据库功能：存储所有被测点的各个时刻的温度值，以便进行历史查询历史曲线显示。

（6）权限管理：可进行权限设置。运行数据的设定、修改等需经有使用权限的系统操作人员操作方生效。

（7）远程通信：系统提供 RS485 总线通讯方式，以满足远程通信。

总结语

无源无线测温系统在高压开关柜温度监测的应用，解决了长期以来高压开关柜需要人工现场测温，开关柜内部温度无法测量等问题，大大减少了设备检修停电次数和时间，减轻了日常巡检的工作量，提高工作人员自身安全性。无源无线测温系统能及时发现各关键点部位的温度异常状况，避免连接部位老化或接触电阻过大而产生过热现象，为电力安全生产和供电提供了有力保证，提高了设备的智能性。

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