电力设备温度的远程无线监测及预警研究

我国正处于经济快速增长时期，随着国民经济的快速发展，国家电网的供电负荷日益增加，在安全生产方面也不断出现新的情况，有些频发性事故至今仍时有发生，并且有的变得越来越突出。

仔细分析近年来电网引发的火灾原因，不难发现，大部分都是由于温度过高引起的。因此，在火灾发生之前及时、准确地监测电缆、高压触点、开关柜的温度变化并发出预警，使用户有充分的时间采取相应的措施，避免发生事故或引起火灾就尤为重要。

怎样才能提前预警，早期发现火灾隐患和消除隐患，电力设备温度的远程无线监测及预警技术无疑是一个既安全又可靠的技术手段，通过对设备温度的实时数据分析和监测，防止事故的发生，防患于未然。

需求分析

在持续扩大供电给电网电器设备带来的一系列安全问题中，高压电缆接头、连接器导体部分接触不良引起的异常过热是主要故障形式。

高压开关柜动静触头、高压母线接头、高压电缆接头、刀闸开关、箱式变电站等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位会因老化或接触电阻过大而发热，若不及时发现而这些温度变化，最终必然导致事故发生。因此母线、引线、电缆等的触头和接头是电网安全的一个重要隐患部位。

1）高压开关柜中动、静触头故障。开关柜在电力系统中被广泛应用，是输配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据的重要作用。开关设备因高压断路器动、静触头接触不良，加上长期的大电流、触头老化等因素易致其接触电阻增大，从而导致长时间发热、触头温升过高甚至最终发生高压柜烧毁事故。

2）电缆接头故障。随着运行时间的延长、压接头的松动、绝缘老化，以及局部放电、高压泄漏等，将引起发热和温度的升高，这将使运行状况进一步恶化，促使温度进一步提升。这一恶性循环的结果就引发短路，甚至发生重大火灾。

通过对这些重要部位温度连续监测，实现故障的早期报警。解决开关过热问题是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。当发生故障时，提供及时报警并指明故障点位置，提供故障分析的详尽监测数据，以保证系统安全可靠运行。

无线测温技术

在高压触点或电缆接头的位置安装温度传感器，通过连续监测高压触点或电缆接头的实时温度，可确定触点和接头处的温度是否异常，当发生超温或温度异常升高时，系统能够发出报警指示。

无线式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的触点和母线连接处的运行温度。它是由温度传感器、测量电路、逻辑控制电路、无线调制接口和供电电路组成。温度传感器测量到温度后，将温度参数通过2.4GHz无线网络发送到无线温度监测设备。

无线温度传感器电池管理由硬件与算法相结合来实现，在要求苛刻的电源使用情况下，硬件上采用低功耗的16位MCU，内置硬件看门狗、BOD电路、电源管理模块，内部硬件支持浮点运算，指令效率非常高。在电气布线上充分考虑电磁兼容性设计，为系统可靠工作提供了基础的工作平台。在软件上对温度数据的采集、发送、电路休眠等采用高效的电源算法来实现。

如何在较短时间内把数据顺利送到监控中心，或在超过数百个传感器的安装网络中传输数据，需有一种合理的通信协议算法。现场温度变化频繁时，确保所有无线温度传感器的数据无障碍的通信。无线网络服务器和无线网络中转器正常运行中，无线温度传感器自动查找附近上层设备，并建立连接，上层设备自动整理统计所在区域的无线温度传感器数量，由无线网络服务器来统一分配无线温度传感器的上层设备，做到分区分时通信，确保数据可靠送达监控中心。

由于电力系统的工作特点，现场有强大的电磁场干扰，为确保现场温度数据采集正确性，在传感器里采用软件滤波，多次比较、求平均值等算法，得到正确的数据后进行CRC数据打包后发送给上层管理设备。

无线式温度传感器温度测量范围：-55～+125℃，精度：±0.5℃（-20～+80℃），3.6V锂电池供电，工作时间大于5年。

无线温度传感器体积小巧，最适用于开关柜温度热接点测量，它可测量开关柜内的触头、引出线电缆接头和母线连接点的运行温度，感温传感探头为圆柱状，尺寸为直径32mm高40mm。

无线温度传感器有一个底面是感温面，传感器测到的温度就是该感温面的温度，传感器的感温面要与被测物体的表面紧密接触。安装方式有以下几种：直接拧到接头螺母上；用尼龙扎带将其固定在被测物体上；黏结在被测物体上。

系统架构

在集控中心设置一台监测计算机，计算机通过USB连接一台无线接收器，无线接收器可无线联接256台无线中继器，每台无线接收器或无线中继器都是一个无线信息接入点，每台可接入256个无线温度传感器。

集控中心的监测计算机可同时在线监测多达几千个无线温度监测点；本地的集控中心可通过电力系统的MIs网，传到上一级的集控中心，由此组成一个多级的无线温度在线监测网络系统，图3显示了无线测温网络的组成。

集控中心的监测计算机需要安装温度监测管理软件，该软件是专门用于开关柜、母线、刀闸开关等高压触点的温度监测分析，运行在计算机上，可实现温度实时显示、温度预警和报警、历史数据记录和分析、报警状态记录等功能。它能帮助运行人员监测和分析高压触点的过热情况，预测出故障发生的部位，保证高压设备的安全运行。

应用前景

长期以来，高压设备的接头运行温度很难监测，这是因为这些部位都具有高压，通常的温度测量方法因无法解决高压绝缘问题而不能使用。远程无线温度监测系统采用无线技术进行信号传输，传感器安装在高压设备上，与接收设备之间无电气联系，具有抗高压、抗电磁干扰的特性，因此从根本上解决了高压设备接点运行温度不易监测的难题。

远程无线温度监测系统具有极高的可靠性和安全性，可以安装到高压开关及母线接头上，系统配备网络通信接口，可联网运行。上位计算机可记录开高压设备运行温度的数据，为高压设备的维修提供依据，实现了设备故障的预知维修。

绝缘和抗电磁干扰在电力系统特别是在高压输电系统监测中，是经常碰到的极其关键的问题，在当前的电力系统向着550kV以上超高压、大容量发展中，高压供电设备的运行温度监测尤为重要，远程无线温度监测技术已成为其最佳解决方案，10kV、35kV、110kV、220kV及550kV均可适用。