引言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和升級，10kV高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其安全性和可靠性日益受到重視。然而，在高壓開關(guān)柜的使用過程中，由于母線連接點(diǎn)和柜內(nèi)接觸點(diǎn)、動(dòng)靜觸頭電路產(chǎn)生的發(fā)熱量過大，很容易引發(fā)火災(zāi)或停電等安全事故。因此，加強(qiáng)高壓開關(guān)柜中溫度的監(jiān)測顯得尤為重要。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法往往難以應(yīng)對高壓環(huán)境下的絕緣問題，而無線測溫系統(tǒng)憑借其無需布線、無需直接接觸高壓設(shè)備等優(yōu)勢，成為解決這一難題的有效手段。本文旨在探討10kV高壓小車開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以期為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力支持。

無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

10kV高壓柜不僅是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，也是確保用戶負(fù)荷穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備。高壓柜的特點(diǎn)在于其較大的負(fù)荷電流，這導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生大量熱量。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，10kV高壓柜主要分為旋轉(zhuǎn)刀閘式和小車式兩種。相比之下，小車式高壓柜因其觸頭完全密封的設(shè)計(jì)，在外部無法直接觀察到內(nèi)部溫度變化，給日常巡檢帶來了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的柜壁測溫方法不僅精度低，且無法捕捉細(xì)微的溫度波動(dòng)，難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對安全運(yùn)行的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

2.1 系統(tǒng)的主要組成

無線測溫系統(tǒng)是一個(gè)高度集成的解決方案，主要由無線溫度傳感器、無線溫度監(jiān)測儀、監(jiān)控中心上位機(jī)及通信鏈路四大部分構(gòu)成。無線溫度傳感器通常安裝于開關(guān)柜的關(guān)鍵位置，如母排接頭和裸露觸點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步處理。隨后，這些數(shù)據(jù)會(huì)被傳送至無線溫度監(jiān)測儀，后者不僅承擔(dān)著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理的任務(wù)，還能在溫度超過預(yù)設(shè)閾值時(shí)發(fā)出警報(bào)。最終，所有監(jiān)測信息將通過RS485總線上傳至監(jiān)控中心上位機(jī)，形成一個(gè)完整的分布式監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

2.2 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，它主要用于測量帶電物體表面的溫度。對于10kV高壓開關(guān)柜而言，這意味著對母排接頭和裸露觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度進(jìn)行精確監(jiān)控。無線溫度傳感器內(nèi)部集成了測量電路、溫度感應(yīng)元件、無線調(diào)制接口、邏輯控制電路以及供電電路等多個(gè)組件。通過無線網(wǎng)絡(luò)，傳感器能夠?qū)⑹占降臏囟刃盘柛咝У貍鬏斀o無線溫度監(jiān)測儀。鑒于其小巧的體積，無線溫度傳感器非常適合安裝在開關(guān)柜內(nèi)的狹小空間中，以實(shí)現(xiàn)對電纜接頭、觸點(diǎn)和母線連接點(diǎn)等關(guān)鍵部位的精準(zhǔn)測溫。

2.3 無線溫度監(jiān)測儀

無線溫度監(jiān)測儀作為系統(tǒng)的“大腦”，負(fù)責(zé)處理來自多個(gè)無線溫度傳感器的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的收集、儲(chǔ)存、處理以及異常情況下的報(bào)警信號輸出等功能。此外，它還配備了LCD人機(jī)交互界面，用以展示當(dāng)前的溫度監(jiān)測信息和歷史記錄，方便現(xiàn)場操作人員隨時(shí)查閱。通過RS485總線與監(jiān)控中心上位機(jī)建立連接，無線溫度監(jiān)測儀不僅實(shí)現(xiàn)了本地監(jiān)控，還支持遠(yuǎn)程管理和故障診斷。

2.4 抗電磁干擾設(shè)計(jì)

考慮到高壓環(huán)境中存在的強(qiáng)電磁場可能對無線傳感器的正常運(yùn)作造成干擾，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)特別注重抗電磁干擾能力。具體措施包括但不限于將傳感器安裝在距離高壓源較遠(yuǎn)的位置、采用屏蔽材料封裝傳感器及其傳輸線路、優(yōu)化天線布局等。這些措施有效減少了外界電磁噪聲對傳感器性能的影響，確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

小車式開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1展示了一種專為小車式開關(guān)柜設(shè)計(jì)的無線測溫系統(tǒng)架構(gòu)。該系統(tǒng)主要包括安裝在小車動(dòng)觸頭套管上的溫度傳感器、位于端子箱模塊內(nèi)的電流傳感器、數(shù)據(jù)接收處理器、顯示屏、通信模塊以及遠(yuǎn)程報(bào)警單元等組件。溫度傳感器與電流傳感器各自獨(dú)立地收集溫度和電流數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)接收處理器進(jìn)行匯總處理。處理后的信息一方面在開關(guān)柜上的顯示屏中直觀呈現(xiàn)，另一方面則通過通信模塊上傳至遠(yuǎn)程報(bào)警單元，以便后臺(tái)管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)。值得注意的是，數(shù)據(jù)接收處理器內(nèi)部采用了模塊化設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)處理單元兩大部分，確保了數(shù)據(jù)處理流程的高效性和靈活性。

實(shí)際應(yīng)用案例

該無線測溫系統(tǒng)已在多個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在電力系統(tǒng)中的高低壓開關(guān)柜、干式變壓器等關(guān)鍵設(shè)備上。通過在這些設(shè)備的關(guān)鍵部位安裝溫度傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測并記錄溫度變化趨勢，提前預(yù)警潛在的過熱風(fēng)險(xiǎn)。例如，在某10kV小車式開關(guān)柜的應(yīng)用場景中，系統(tǒng)成功檢測到了一組觸頭連接處的異常升溫現(xiàn)象，并及時(shí)觸發(fā)了報(bào)警機(jī)制，避免了一起可能發(fā)生的電氣火災(zāi)事故。此外，系統(tǒng)還支持通過手機(jī)APP等移動(dòng)終端遠(yuǎn)程訪問監(jiān)測數(shù)據(jù)，極大地方便了運(yùn)維人員的日常工作。

應(yīng)用場景拓展

無線測溫系統(tǒng)的適用范圍廣泛，除了上述提到的10kV高壓開關(guān)柜之外，還可應(yīng)用于其他類型的高低壓配電設(shè)備中，如電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭等。通過持續(xù)監(jiān)測這些部位的溫度變化，系統(tǒng)有助于預(yù)防因氧化、松動(dòng)、積塵等原因造成的接觸不良問題，減少由此引起的設(shè)備故障和安全事故，提升整體電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和安全性。

系統(tǒng)硬件配置

為了實(shí)現(xiàn)高效的溫度在線監(jiān)測功能，該系統(tǒng)采用了多層次的硬件配置方案。首先是設(shè)備層，由安裝在各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元組成，負(fù)責(zé)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。其次是通訊層，配備有邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，用于數(shù)據(jù)的初步處理和轉(zhuǎn)發(fā)。最后是站控層，設(shè)置了測溫系統(tǒng)主機(jī)，用作數(shù)據(jù)的最終處理中心和管理平臺(tái)。這樣的架構(gòu)不僅提高了數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確性，也為系統(tǒng)的擴(kuò)展性和可維護(hù)性提供了保障。

結(jié)語

總之，10kV高壓小車開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)憑借其先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和技術(shù)特點(diǎn)，在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮了重要作用。通過精準(zhǔn)的溫度監(jiān)測和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)反饋，該系統(tǒng)不僅能夠有效預(yù)防電氣設(shè)備過熱引起的故障，還能顯著降低運(yùn)維成本，提高工作效率。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能算法的不斷進(jìn)步，無線測溫系統(tǒng)有望進(jìn)一步優(yōu)化，為電力行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更多力量。