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開關柜無線測溫系統：智能化賦能，精益化降本
來源：正瑞電子
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發布日期：2023-09-21
發電廠、變電站的高壓開關柜在電力系統中起著發電、輸電、配電和電能轉換過程中開合、控制和保護作用。隨著電網設備技術的發展，高壓開關柜也得到廣泛的使用。溫度是表征開關柜運行正常的一個重要參數，開關柜在長期運行過程中,開關的觸點和母線連接等部位因老化導致接觸電阻過大而發熱，而這些發熱部位的溫度很難監測，并且由于高壓開關柜的密閉性，因此難以測量運行中柜內接（觸）頭的實際溫度，如不及時發現并處理接（觸）頭過熱性缺陷，嚴重威脅電力安全生產。開關柜設備長期的超溫運行，會降低設備的性能及使用壽命，引發設備故障，影響電網的正常運行，甚至引起電氣火災，造成巨大經濟損失。
高壓開關柜的溫度在線監測越來越得到用戶的認可和重視，目前感應取電無線測溫系統在高壓開關柜上得到廣泛應用，無線測溫傳感器安裝維護方便，組網簡單，實時在線，可以代替傳統的人工定期巡檢的方式，及時發現電力設備的溫度異常，保證設備安全運行。
概述：
開關柜無線測溫系統主要由無線溫度傳感器、無線溫度監測裝置、無線測溫監測主機及軟件系統等組成，實現高壓開關柜關鍵電氣部位的溫度在線監測。
1、開關柜無線測溫傳感器的設計
無線測溫傳感器的感應電源采用小CT磁飽和技術由一次電流感應出電源。充分利用高壓開關柜內三相母線電流產生的大量電磁能，根據電流互感器模型進行設計。當通過電流保持在3A-5000A之間，感應電源即可不間斷提供給傳感器穩定的工作電壓，消除了電池供電需要停電更換的弊端，大大減少了維護工作量。
能量來源：傳感器利用一次回路電流取電，能量供給遠遠不斷，溫度采樣速率隨意設定。
超低功耗設計：主芯片采用美國TI公司，功耗低，低可至0.03mw，區別于傳統的感應供電，不存在發熱現象。
溫度傳感器一次回路取能范圍大大加寬:只用2a就可啟動，高至10000A，完全滿足現有市場的開關柜負荷要求（現有市場的開關柜設計負荷高可至6000A），基本無盲區。
外觀設計：超精小化設計，適合所有的開關柜及電纜接頭等多種部位的溫度監測，無需根據不同測溫位置，不同開關負荷選用不同規格尺寸，不同技術參數的傳感器，大大節省了供貨難度和供貨時間，同時現場安裝更方面快捷，大大縮短了現場安裝時間。
測溫元件：采用耐高溫、高精度熱敏電阻，測溫范圍寬至-40℃～+200℃，精度 ±1% 。
2、開關柜無線測溫傳感器的軟件設計
無線測溫傳感器的軟件采用C語言進行編程，編程需要注意規范，代碼簡潔易讀，傳感器為低功耗設計，需要控制好整個電路系統的功耗，及時對單片機和外設進行休眠或電源關斷，使得系統空閑時電流消耗不超過2uA。
為了保障傳感器系統的可靠運行，需要正確配置單片機的看門狗，保證不會出現傳感器死機的情況。此外還要防止傳感器通信碰撞，提高通信抗干擾性能，采用隨機延時的算法進行溫度上報，并對通信數據進行CRC校驗，濾除異常數據。
3、無線測溫傳感器的主要性能與安裝
按照以上的原理和方法設計出的無線測溫傳感器ZRDTS-6，可在一次回路電流在5~5000A范圍內取電工作，每15秒（時間可以根據用戶需求設置）進行一次測量發熱點溫度并無線上傳至柜面安裝的顯示單元。傳感器溫度測量范圍為-50℃~+125℃，精度高達±1℃，測溫分辨率0.1℃，體積小巧，安裝方便，抗干擾性能強，廣泛應用于高壓柜電氣接頭測溫。
下圖為安裝圖片
5、無線測溫接收裝置主要功能
可用于高壓開關柜觸點及接點、刀閘開關、高壓電纜中間接頭、變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測。用于接收無源無線溫度傳感器（DTS-6）發射的無線數字信號, 并將信號轉換成電信號,經內部電路處理，通過顯示屏顯示當前所測溫度，可以實現250個無線溫度傳感器的數據采集。同時通過RS485通訊上傳到監控主機，使運行人員能夠對溫度進行實時在線準確地巡檢，對高壓電氣設備接點溫度狀態能夠及時地掌握。可以根據用戶設定預警、報警溫度值，實現高溫預警、超溫告警、相間溫差報警、溫度突變量告警等功能，裝置可存儲200條告警記錄，同時告警時繼電器出口可以控制聲光報警器，幫助用戶及時發現故障，盡快分析查找設備故障原因，恢復正常供電。所有測量數據都可以通過485接口及標準Modbus-RTU協議接入邊緣計算網關，實現網絡組網，將數據上傳至無線測溫監測系統主機。
6、無線測溫在線檢測系統ZRMSCADA V3.0的功能
ZRMSCADA在線監測軟件分為通訊模塊，監控模塊，組態設計模塊組成。
通過該軟件，能夠與不同協議的終端儀表通訊，并將數據寫入SQL數據庫，可查詢歷史記錄，曲線，報警窗口彈出，打印等。同時能夠實現局域網內客戶端查看數據。
系統具有以下功能：
（1）電氣監控系統分布圖：在顯示界面可以顯示一次系統模擬圖。
（2）溫度監測：在監控系統上集中顯示被測各點的溫度值。
（3）報警功能：實際測量到的參數值超過報警值時進行聲光報警，并帶有語音報警功能。
（4）故障顯示：被測設備溫度點的位置非正常工作時顯示故障。
（5）數據庫功能：存儲所有被測點的各個時刻的溫度值，以便進行歷史查詢歷史曲線顯示。
（6）權限管理：可進行權限設置。運行數據的設定、修改等需經有使用權限的系統操作人員操作方生效。
（7）遠程通信：系統提供 RS485 總線通訊方式，以滿足遠程通信。
總結語
無線測溫系統在高壓開關柜溫度監測的應用，解決了長期以來高壓開關柜需要人工現場測溫，開關柜內部溫度無法測量等問題，大大減少了設備檢修停電次數和時間，減輕了日常巡檢的工作量，提高工作人員自身安全性。無源無線測溫系統能及時發現各關鍵點部位的溫度異常狀況，避免連接部位老化或接觸電阻過大而產生過熱現象，為電力安全生產和供電提供了有力保證，提高了設備的智能性。
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