电气设备结点远程温度监测

随着我国经济的发展，社会用电量也日益增加，承载着大电量输送任务的高压电气设备如变压器、互感器、刀闸、高压开关柜、电缆等的电力负载也在迅速增加。在长期运行过程中，电网中众多高压电气设备之间的结点，会因氧化腐蚀而老化或因紧固螺栓松动等原因致使接触电阻增大，并随着负荷的增大而发热、升温，直至酿成事故。电气设备结点远程温度监测系统实现电气结点的远程温度监测功能，通过对电气设备结点温度异常的提前预警和处理，从而降低电气设备损坏的几率。

1系统设计背景

变电站众多运行中的电气设备、母线及其引接线皆通过电气设备结点连接，运行中由于负荷电流、结点接触电阻的大小变化将直接影响到该设备及其结点的发热程度，如果电气设备及其引接导线的接头接触不良或者由于负荷的急剧增大（超载运行），将导致电气设备及其导线连接结点的严重发热，若不能及时发现将会引发电气设备损坏、引接导线烧断等事故。根据有关事故资料统计，我国每年烧毁20多万台电动机，全国变压器的事故率为13%。按技术分类事故次数统计，过热事故占25.4%，绝缘事故占48.1%，母线接触占事故率的10%。事故主要表现为电压击穿和热烧毁或热击穿，而过热引起绝缘老化导致电压击穿的劣变过程为主要原因。因此实时监测高压开关结点的温度变化是非常必要的。电气结点远程温度监测系统替代了长期以来电力部门对变电站运行中的电气设备结点温度发热的人工巡检测试手段，可以做到实时在线远程监测电气结点的发热状况，大大提高了变电站安全运行水平，防止和减少事故发生。

2系统的设计原则及结构

2.1系统设计原则稳定性：电气结点远程温度监测系统是及时发现变电站隐患和缺陷的一个重要手段，系统的稳定性非常重要。系统设计时，通信基站采用分布式布点，确保每一结点无线传感温度监测探头采集的数据都能准确地发送至通信基站。通信基站与主站采用TCP/IP通信模式，保证了整套系统运行的稳定性。抗干扰性：由于变电站内电磁干扰较强，无线传感温度监测探头外壳采用金属材质和全封闭的结构设计，数字温度传感器、无线通信模块、控制器等集于外壳内部，结构小且有很强的抗电磁干扰能力，可直接安装于电气结点上，不受电气结点所处位置的限制。可用性：电气结点远程温度监测系统利用计算机网络平台和监控软件，将各通信基站采集的数据，实时反映到相应变电站的一次接线图上，值班人员可以很直观地进行监控。系统还可实现结点温度数据的实时打印、分析，对历史数据进行比对，可作为判断电气设备运行状态的重要依据。

2.2系统总体结构由于变电站电气设备正常运行情况下，结点温度都在一定范围之内，且发热现象都集中出现在电气结点上，系统在设计时，主要采集电气结点上的温度。根据变电站的实际情况和特点，系统采用三级网络架构的设计模式，以主站监控中心为系统的中枢，在各变电站设置通信基站，电气结点上安装无线传感温度监测探头。无线传感温度监测探头实时采集电气结点的温度值，并发送给通信基站；通信基站负责接收无线传感温度监测探头的实时温度测量值并通过电力专网转发给监控中心；监控中心负责接收和显示各电气结点实时温度测量值，配合完善的远程监控软件，从而实现实时显示各电气结点的温度、超温报警、历史温度记录和分析、通信网络参数设置等监视和管理功能。

2.3硬件部分无线传感温度监测探头：采用的高温型、微功耗无线结点传感器，最高工作温度可达125℃，最远无线发射距离200m，传感器安装简便，能直接粘贴在高压电气结点上。该无线传感温度监测探头以超低功耗的16位单片机为控制器，用一线式数字温度传感器实现温度测量，采用扩展无线通信接口与通信基站进行通信。无线传感温度监测探头实现对现场电气结点温度的测量和通过无线通信网络向通信基站传送电气结点温度测量值。通信基站：以单片机为核心，扩展有以太网和RS485总线接口电路，并有无线通信接口，选用大容量存储器用以存储数据与参数。通信基站通过无线通信网络接收无线传感温度监测探头传送的电气结点温度测量值。监控中心：由监控服务器、工作站和监控软件组成，通过以太网或RS485总线与通信基站实现远程通信，获取实时温度测量值，并接收下发的控制命令与设置参数。以太网通信接口包括以太网控制器芯片和集成变压器RJ45扩展以太网通信接口，以实现与主机之间通过以太网的远程通信功能。

2.4系统功能的实现无线传感温度监测探头采集变电站中电气结点的温度，并实时发送给现场的通信基站，通信基站通过通信端口和电力专网将汇总的数据发送至监控中心。监控中心通过计算机、软件将采集的数据一一对应的反映至调度监控一次接线图上，实现对电气结点24h全天候的温度监控。系统根据电气结点允许的运行温度设置告警阈值：电气结点温度达到60℃时，发出该结点温度越上限告警信号；电气结点温度达到80℃时，发出该结点温度越上限紧急告警信号。软件数据库每隔1min分别记录各结点实时温度，并形成历史温度曲线，供设备运行管理人员对设备运行状态进行分析。

3与国内外同类研究和技术的综合比较

国内外目前对高压设备温度监测常用的方法还有：蜡片测温法和热红外测温技术。蜡片测温法：采用测温石蜡片，石蜡片的颜色随着电气设备的温度变化而不断变化，根据石蜡片的颜色即可以判断电气设备的温度。采用蜡片测温法无法定量测量电气设备温度，也无法实现温度采集和在线监测功能，且该方法完全靠个人经验对电气设备温度进行判断，可靠性较差。高压开关触头、电缆接头等易发热的电气结点在运行时无法看见，因此无法进行测量。热红外测温技术：该技术通常采用红外测温枪、远红外成像仪等非接触式测温设备，测量范围大、准确度较高。采用热红外测温技术无法实现电气设备运行温度的实时在线监测，且设备较为昂贵。针对手车式开关柜内部的断路器动静触头、电缆接头等易发热电气结点的位置较为隐蔽，热红外测温技术无法对这类电气结点温度进行测量，太阳光背景干扰也影响其测量的准确性。目前，热红外测温技术数据分析还无法完全依赖计算机网络进行智能记录和分析，需要耗费大量人力。电气结点远程温度监测系统较其他同类电气温度监测技术具备温度监测准确度高、可靠性强、经济实用的优势。该系统可定量采集重要电气结点的温度，无线传感温度监测探头直接安装在电气结点上，不受电气结点位置所限制。无线传感温度监测探头不受天气、电磁干扰的影响，采集的温度准确，监控主站将采集到的温度实时显示在监控界面上，且存储于数据库中，便于通过历史数据的分析判断电气设备运行状态。无线传感温度监测探头、通信基站造价低廉，通信网络可采用公司现有的电力专网。电气结点远程温度监测系统的实施，一方面能够弥补无人值班变电站自动化系统在电气结点温度监控方面的空缺，另一方面也能够节约县级供电企业在结点温度监测方面的投资。

4系统应用情况

目前，电气结点远程温度监测系统已部署至国网安徽石台县供电有限责任公司下辖的5座35kV变电站，主要被监测的电气设备结点包括：10、35kV进出线电缆头及其他重要的电气结点。传感器将现场采集的温度发送至无线接收基站，无线接收基站将数据汇总之后，通过变电站内的电力专网将数据发送至主站采集系统。采集系统管理软件采用模块化设计，可实现温度实时显示、历史数据记录和对比分析、预警及报警、运行状态全程记录以及报表打印等功能。变电站管理单位根据对数据的分析，实时掌握站内电气设备运行状态，为评估设备状况和开展状态检修提供依据。自系统在2013年12月投运以来，通过对电气结点温度异常的告警，已多次发现变电站电气设备绝缘故障，设备运行单位及时处理，从而避免了故障的进一步扩大以至发生设备损坏事故和供电中断事件。通过对历史温度的分析，也可为公司对各条线路过负荷情况提供分析的依据，有利于公司项目储备和资金投入的决策。该系统的运行，进一步强化了设备管理单位对管辖的电气设备运行状态的了解，减少了现场定期巡视的人力、物力成本，有效地提升了变电站设备的安全管理水平，推进了电网智能化发展趋势。

5结束语

电气结点远程温度监测系统，弥补了目前无人值守变电站电气设备温度监测方面的空缺，能够方便电气设备运行管理单位实时了解变电站电气设备运行状态，使电网调度能够直观地了解线路负荷情况。系统融合了计算机、通信、网络等多种智能化技术，且具有结构简单、测量精度高、系统可靠性好的优良特性，在同领域技术中具有很大优势。该系统在保障电气设备健康运行的同时，也为设备检修重点提供了科学依据，从而增加设备可用率、提高工作效率，为减人增效提供可能，为公司节约资金投入，最终实现增加效益的目标，对推进县域电网智能化建设具有重要意义。

作者：潘敏 汤寅 单位：国网安徽石台县供电有限责任公司