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無源無線測溫系統設計及在高壓開關柜中的應用
來源：正瑞電子
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發布日期：2023-08-17
摘要：
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，目前感應取電無源無線溫度在線監測系統在高壓開關柜上得到廣泛應用，無源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：
開關柜無源無線測溫系統主要由無源無線溫度傳感器、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、無源無線傳感器的設計
無源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、無源無線測溫傳感器的軟件設計
開關柜無源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、無源無線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源無線測溫傳感器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
無源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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