云南电网公司临沧供电局 云南临沧 677000
摘要：针对传统测温技术难以实现安全而有效地测量开关柜电缆连接接头温度的问题，提出了一种变电站红外测温系统，介绍了系统的组成、主要特点。结合供电局工程实际情况详细介绍了监控中心在线测温软件的应用，通过实践证明了系统的实时性和有效性，能够为电力设备的安全运行提供可靠保障。
关键词：红外；开关柜；测温；变电站
Abstract：In view of the traditional temperature measurement technology is difficult to achieve a safe and effective measure switchgear cable connector temperature problem，this paper proposes a substation infrared temperature measurement system，introduces the composition and main characteristics of the system. In combination with the practical situation of power supply bureau engineering monitoring center was introduced in detail the application online temperature measurement，the real-time and effectiveness is proved through practice，can provide reliable guarantee for the safe operation of power equipment.
Key words：Infrared；switchgear；Temperature measurement；substation
1 前言
电力开关柜、断路器、变频器、GIS等高压电力设备内部金属连接头是很容易出现接触不良、插接偏心不正常等情况。这将导致接触电阻过大，在大电流下该处发热严重，其结果是接头温度异常，加剧接触面氧化，使得接触电阻进一步增大，形成恶性循环，发展到一定阶段后，则会造成严重故障，破坏供电的安全可靠。因此，对接触头进行实时温度监测，及时发现开关柜内的发热点，实现故障的早期预测与报警对于保障设备安全和降低电网风险极为重要。
分布式光纤温度传感技术具有抗电磁场干扰、信号传输频带宽等特点。在电力系统中，这种光纤传感技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良易产生发热的部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。另外，无线组网技术也即现在非常热门的物联网技术，通过Zigbee等无线组网方式可以省掉铺设电缆的麻烦，搭建了一个多点、大范围的无线传感网络，对多个点进行全天候的控制，大大节省了人力，提高了系统的安全监控能力[1-6]。
电力设备连接部位，如：母排连接点、各种开关、断路器、主变接点、穿墙套管接头、高压电缆接头等，由于气候冷热变化、设备基础变化、材料老化、锈蚀、松动等原因易造成接触不良、接触电阻增大，在电流通过时，容易烧坏设备，严重的甚至引起一次设备起火爆炸。虽然电力设备系统拥有完善的漏电、过压、过流、短路等保护措施，但都不能全面解决系统中的局部过热故障。通过对这些温升故障点的运行状态进行动态追踪监测，不仅可以防止、杜绝此类事故的发生，而且亦为电力系统安全可靠分析和科学调度提供重要的决策依据。
传统的测温技术一般采用数据有线传输的方式，铺设周期长、施工复杂，测量设备损坏时需要执勤人员进行现场巡视排查，以及重新铺设线路，因此后期维护工作量较大，对人力、无力、财力的需求较高，特别是在监测点比较分散的封闭开关柜接点温度监测时，许多传统的测温方法难以胜任。
2 红外测温原理
光纤温度传感技术主要依据的是光纤的光时域反射（OTDR）原理以及光纤的背向拉曼散射（Raman Scattering）的温度效应。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜子，故光脉在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反（亦可称为背向）。这种背向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度（该点的光纤的环境温度）越高，反射光的强度也越大。也就是说，背向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象，若能测量出背向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理[7-15]。
本文介绍的无效测温系统是基于超高频无线通信、现场总线技术（RS-485通信）、数据库技术相结合的在线温度监测系统，系统由系统由智能无线收发传感模块、现场数据处理主机、GPRS通信模块、计算机通信组件、后台监控机（上位机）、通讯协议转换器及通讯线等组成。它可对变电站高压开关柜上下触头以及电缆/母排的搭接处、低压柜小母排进出线端子、断路器触头以及主开关接点的危险温度进行实时监测与管理。
3 红外测温系统组成
系统拓扑结构如图1所示。
系统主要由以下设备组成：
（1）高频无线温度收发单元
无线收发模块是开关柜红外测温系统的基本单元，负责采集、发送和接收监测点的温度值，发送模块和接收模块成组出现，其拓扑结构如图2所示。所测温度数据的传输及控制均采用先进的技术，满足低功耗等性能要求。
图1
图2
无线收发单元的特点如下：
①模块外壳采用高强度防火工程塑料，其温度范围0℃-200℃，模块内部加注树脂胶，拥有优秀的绝缘、防水、防气、防腐能力。
②先进的微电子技术、无线射频通讯技术，将各测温采集模块与发射模块巧妙地结合在一起，独有的低功耗设计、间歇的工作方式，保证发射模块电池可使用5年以上。
③本收发射模块选用无线高频载波方式，一个接收模块可同时接收1-12个发射模块的数据，通信距离最远可达80m。
④无线温度传感器直接安装于开关柜动/静触头、电缆接点外层、电缆或母排结合部。
⑤除完全的电气隔离设计外、本模块还通过了各种严格的测试，具有在强磁干扰、环境恶劣的地方正常工作的能力。
无线收发模块性能参数：
①电池设计寿命在常温下≥10年，高温下≥3年；②精度：+1℃；③温度采集频率：每20～180s测量/发射一次；④采集模块与接收模块传输距离：≤100米；⑤测温范围：0-150℃⑥收发模块短时耐受温度：≤150℃；长期耐受温度：≤90℃。
（2）现场数据处理机
现场数据处理机通过RS-485总线的方式与接收模块进行通信，显示和存储发射模块所测温度数据，一般安装在温度预警工作站现场，通过现场数据处理机，执勤人员可以查询监测点的历史和实时温度数据，方便现场人员进行设备管理。执勤人员可以现场设定监测点温度警戒值，在温度超过预警值时，现场数据处理机进行声光报警提醒维护人员排除故障，防止发生事故。
现场数据处理机参数如下：①工作温度：-40-85℃；②工作湿度：5-95%RH；③工作功耗：5VA；④报警输出口：继电器无源输出（2路常开）；⑤报警事件记录：一共存储24条报警记录⑥当前温度数据模拟曲线：≤24条，记录温度数据量≤1300个；⑦通讯方式：RS485（波特率1200、2400、4800、9600）；⑧通讯协议：MODBUS；⑨抗干扰能力符合：GB9254-1998、GB/T17626.2、GB/T17626.5；⑩外壳：金属，IP30防护等级。
（3）GPRS数据传输模块
为了方便进行统一管理，所有现场温度数据最终都汇集到监控中心，而数据的传输一般都是采用RS-485通信电缆或者光纤等有线方式，而在电力设备比较分散的区域，铺设通信光缆不但会耗费大量财力，而且占用大量场地，经济效益较差，而且出现通信线路损坏时，难以检测，维护压力较大。采用GPRS通信则可以避免这些问题，它采用透明数据传输方式，通信不受地理环境限制，因此局内采用GPRS作为现场数据处理机与监控中心进行数据通信的方式。
本系统中使用的GPRS DTU是一款超低功耗无线数据传输设备，通过移动GPRS网络实现高速、稳定、可靠的透明数据传输功能。产品采用具有防干扰辐射的金属外壳以及高新能ARM9系列CPU打造而成，支持多数据中心同步接收数据，支持数据触发上线以及超时自动断线功能，具有良好的图形化配置工具，适合在环境相对恶劣的电力工业领域下的无线数据传输。
GPRS DTU参数如下：
①工作温度：-40-80℃；②低功耗设计：休眠功耗<1mA，待机功耗<15m，通信功耗<35mA，电源功耗：0.1mA；③串口保护：RS232/RS485/TTL/RS422，15KV ESD保护；④数据传输协议：TCP/IP协议；⑤I/O控制：6路报警输入，6路输出控制，支持短信报警；⑥操作系统支持：Linux、Unix、Windows；⑦通信网络支持：GSM、GPRS、EDGE、WCDMA、TD-SCDMA、HSPA+、LTE；⑧接收灵敏度<-107dBm；⑨发射功率：GSM850、900：<33dBm，GSM1800/1900：<30dBm；⑩通信带宽：介于20Kbps与100Kbps之间。
（4）监控中心温度在线监测与管理系统软件
供电局监控中心搭建的温度安全监测与管理系统，是基于无线技术的变电站级别电力系统温升安全在线监测系统，可对开关柜、电力线缆、母线桥架、变压器及重要电气设备的温升故障进行实时在线监测，能有效预防电力火灾事故的发生。通过查询系统的后台电脑，值勤人员可直观方便浏览本电力设备危险温度电子分布图、实时温度值、温度变化曲线，在电子地图界面，值勤人员可快速方便的查找到报警点位置，及时发现和解除故障。系统具有如下特点：
①系统提供了一种低成本高效率的安全监测及管理模式：随着科技的发展，人员、供用电系统、设备对安全的要求越来越高，随着国家建设坚强智能电网步伐的加快，建立主动和被动相结合企业安全监测及管理系统，实为一种低成本、高效率的模式。
②系统采用了先进的无线传输技术、领先的信号采集处理模式，实现了系统的绝对的电气隔离，英唐独有专利技术的无线信号采集方法、严格的产品制造工艺，保证了系统的可靠性、稳定性及数据准确性。
③系统具有先进的程序设计：系统自动对数据进行分析，对产生危险温度的故障进行分析并作相关提示，为运行人员进行电力设备/设施管理维护提供决策依据。
④可靠性设计：采用军工级要求进行设备的生产与测试，具有防雷、防火、防爆、防潮的特点，全数字化电路及智能化处理策略，使本系统完全杜绝了误报的可能。
监控软件功能如下：
a）记录式温度巡检
可以查询每个变电所的各台设备的不同监测点的温度数据。
b）电子地图式温度巡检
电子地图根据现场的实际情况进行编辑得到，与系统的设备及变电所进行了关联组态。系统根据用户设置各监测点的报警参数，通过实时采样的数据进行比较，发现达到报警状态的监测点，在电子地图进行声光警讯报警，及自动发送手机短信。
在记录式温度巡检界面或电子地图式温度巡检界面中均可查询实时数据曲线、实时温度记录、历史数据曲线和历史温度记录。系统能够提供监测数据的统计能力和报表打印能力，能够方便查询每一个监测点的统计数据并打印统计报表；提供每一个监测点当前一段时间（时间区间可设定）的温度变化曲线与统计图表；提供多样化数据查询模式，查询结果包括数据记录列表、数据查询统计图表、温度数据曲线、电子地图等内容；可以在电子地图上方便地调出各监测点的实时数据、历史数据及监测图表。
4 结束语
目前该红外测温系统已在供电局10KV变电站投入使用，从工程应用实例看，系统所测温度数据稳定性高，可靠性好。应用这套系统可以实时掌握变电站相关电力设备发热情况，分析设备运行状态及健康程度，对减少电力设备事故隐患的发生具有积极的意义。目前系统主要应用于监测密封式电缆连接接头温度，在以后的工作中，局里将就系统应用于室外高压设备温度监测的尝试进行评估，争取形成一套全方位的无线温度监测体系，实现变电站所有重要电气设备危险温度实时在线监测的良好局面。
作者简介：
戴书峰（1982年10月），男，助理工程师，临沧局计量运维班班长，负责临沧局计量中心电表计量运维工作
李强（1985年6月），男，助理工程师，临沧局计量运维班副班长，负责临沧局计量中心电表计量运维工作
论文作者:戴书峰,李强
论文发表刊物:《基层建设》2015年6期
论文发表时间:2016/9/1
标签：温度论文; 测温论文; 系统论文; 数据论文; 模块论文; 临沧论文; 光纤论文; 《基层建设》2015年6期论文;