浅谈高压变电站无线测温预警系统的设计

宋兵兵

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在高压变电站中，由于设备老化以及输变线路的接头温度过高，常常会引发火灾或者爆炸等事故。传统的人工温度测量不仅劳动强度大，而且容易出现漏测、误报等现象，无法实现对高压变电站的有效保护。因此，本文将无线通讯技引入到高压变电站的温度测量当中，重点对无线测温预警系统进行分析,试图为之提供行之有效的可行性建议。

关键词：变电站；无线测温；预警系统；设计研究

 

0引言

       高压变电站是电能变换、分配的重要场所，同时也是发生火灾、爆炸等事故的高危场所。通常情况下，高压变电站输变线路的接头温度范围在20℃～30℃之间为正常状态；如果母线接头温度达到60℃～70℃时，则处于警戒状态；超过60℃～70℃，就会引发火灾甚至爆炸。一旦出现这些事故，不仅会给高压变电站自身带来巨大的破坏，而且还会影响电力输送的正常运行。为了确保电能的传输质量以及设备的安全，对高压变电站进行温度的实时监测和预警，就成为了电力工作者所关注的焦点问题。传统的测温工作主要依赖于人工，测温的准确度和测温效率难以保证。本文主要研究的是无线测温系统，通过无线设备对设备内的每个节点进行温度测量，不仅可以有效地提高测量，而且操作简单易于维护，能够实现对高压变电站温度的在线测量和监控。

 

       无线测温系统主要作用是进行实时的在线温度测量和预警。常用于较为恶劣的工作环境中，该设备的特点是安装简单、检测精度高，尤其对高压电气设备的温度测量有着良好的效果。高压变电站无线测温语境系统的设计结合了智能温度传感器、超低功耗单片机、无线收发模块以及电源管理器，通过对高压变电站进行定时测温并且与设定的高温度阀值进行对比分析，从而判断无线收发模块的启停。在设计过程中还采用了双电源的管控技术，在不需要测温的情况下，设备内的所有核心部件都保持休眠状态。高压变电站无线测温预警系统结构设计如下图-1所示：

图-1高压变电站无线测温预警系统结构图

2高压变电站无线测温预警系统的设计

       从上文分析中，可以得出高压变电站无线测温预警系统的主要部件是传感器和数据采集器，其中核心技术是超低功耗的单片机，并且通过多节点的模式实现了对高压变电站低功耗、高性能的无线测温。以下就对高压变电站无线测温预警系统的设计进行详细分析：

2.1硬件设计

       本文研究的无线测温预警系统主要是由温度传感器、超低功耗单片机、无线收发模块、电源管理芯片、外围电路以及高能电池组成。其中温度传感器的测量度可以达到0.5℃，而且用户可以根据实际情况自行转换分辨率以及设定温度超标预警的上下阀值，并且能够长期保存；超低功耗单片机则采用的是超低功耗的16位混合信号处理器，该处理器可以在1.8～3.6V的电压下工作，而且可以根据不同的工作模式降低耗电电流，此外单片机凭借其丰富的寻址方式、大量的寄存器和简洁的操作指令，可以获得较高的处理能力和速度；无线收发模块是一种理想的弹片收发器芯片，适用于多点通讯方式，其发射功率可达到10mW，该模块的特点是传输距离较远，无线信号的传输距离可以达到600～800m，而且采用高效的前向纠错信道编码技术，具有较高的抗干扰能力和低误码率；电源管理芯片在测温设备超低功耗方面也有非常重要的作用，MAX1726芯片可以提供1.8V、2.5V、3.3V、5V的输出电压，它不仅是一种低漏失的线性调节器，同时还可以提供超低电流，大限度的延长了电池的使用寿命。电源管理芯片也可以提供200mA的超低电流，主要用作电池组供电，起到反相电池保护、短路保护、高温保护以及提高电池的使用寿命。

2.2电路设计及双电源管理技术

       高压变电站无线测温预警系统采用的是双电源管理技术，分别对智能温度传感器和无线收发模块进行管理，在降低功耗的同时可以提高传感器的使用寿命。由于温度传感器、超低功耗单片机以及外围电路的工作电流较小，因此在电路设计的过程中，主要采用3.6V，3000mA的电池进行供电，该电池的大持续放电电流和大脉冲放电电流分别可以达到150mA和300mA，按照80%的电池使用率计算，平均寿命可以达到两年以上。通过单片机的控制对当前不需要工作的部件进行断电保护，有效的提高了电量的使用率。此外，为了有效的延长高压变电站无线测温预警系统的使用寿命，在满足设备工作频率的前提条件下，可以选择较小的工作频率来降低单片机的功耗，而且在外围电路的设计和器材选择等方面，也需要强调能耗问题。

2.3软件设计

        在降低无线测温预警系统的功耗方面，除了需要将CPU系统设定为省电模式外，还需要在软件方面进行低功耗的设计。高压变电站无线测温预警系统软件程序设计框图如下所示：

图-2高压变电站无线测温预警系统软件程序设计框图

该软件的工作步骤为，对系统的实际需求进行分析；对系统的功耗进行分析；结合实际需求和功耗的分析结果，设计程序（程序设计采用中断唤醒的模式）；采用限度的数据保存形式，确保程序进入休眠状态；各个功能模块相互独立，内部功耗保持平衡稳定；将模块间的交换信息设计成中断唤醒方式，调试好后进行功耗考核。

 

3安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍

3.1概述

       开关柜温度在线监测系统是基于470MHz无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头，柜体表面等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。

3.2应用场所

变电所，配电室，箱变等

配电室箱变数据中心机房

3.3系统架构

开关柜无线测温系统由无线温度传感器、测温通讯终端（温度显示仪）、温度监测预警工作站三部分组成，

 

3.4系统功能

3.4.1实时监测

      Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息。

3.4.2温度查询

     温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）：

3.4.3运行报表

     查询各回路设备运行温度报表。

3.4.4实时报警

     壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出警告。设备提供以下几种告警方式：

1）弹出事件报警窗口。

2）实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警。

3）短信警告。可以向指定手机号码发送告警信息短信（需选配短信猫）。

3.4.5历史告警查询

      Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有告警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。

3.4.6用户权限管理

      Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值设置

     用于修改高温定值、超温定值。

     WEB，手机APP（可选）：

     通过网址和手机APP展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。

3.5.产品选型

3.5.1无线测温传感器选型

3.5.2收发器选型

3.5.3测温通讯终端（温度显示仪）选型

3.6典型配置方案

3.6.1高低压柜内电气接点无线测温（单柜就地显示）

a）配置方案

 

说明：ARTM-Pn通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收60只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安装实例

ARTM-PnATE100接点测温ATE200母排测温ATE400断路器触头测温

 

3.6.2高压柜内电气接点无线测温带操显功能（单柜就地显示）

a）配置方案

说明：ASD320通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收12只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

 

b）安装实例

ASD320ATE200触头测温ATE400母排测温ATE100M柜体测温

3.6.3高低压柜内电气接点无线测温（集中就地显示/就地无显示）

a）配置方案

说明：触摸屏通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果现场不需要就地显示，可以直接通过ATC的RS485接口，把数据传送到值班室的远程温度监控系统。

b）安装实例

ATP070ATCATE200接点测温ATE200电容器表面测温

3.6.4就地壁挂式集中显示方案（适用于改造，不方便在柜子上加装显示屏的现场）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中显示：

 

说明：Acrel-2000/A通过RS485接口连接ATC实现开关柜温度集中显示，可接收240只无线温度传感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

方案二：Acrel-2000T/B就地集中显示：

说明：Acrel-2000T/B不仅可以通过RS485连接多种ATC收发器接收所有型号传感器实现集中显示，还可以通讯连接配电室内无线测温相关就地显示装置实现集中显示，同时还可以连接配电室内智能操控、微机保护、电力仪表等电力监控设备进行监测。

3.6.5低压电气接点有线测温、变压器绕组测温

a）配置方案

说明：ARTM-8温度巡检仪可配8路Pt100传感器，有线连接，Pt100传感器客户自配，测量低压电气接点时Pt100传感器需做好绝缘处理。

b）安装实例

ARTM-8PT100

 

4结束语

       综上所述，伴随着电子技术、无线电通信技术以及集成技术的快速发展，使得无线资源的应用越来越广泛。尤其是在高压变电站温度测量预警的使用中，为了降低设备的事故率，需要借助高压变电站无线测温预警系统实现对输电线路中，输变线路的母线接头温度的实时控制。通过对高压变电站电力设备进行在线实时温度监控，有效地降低了传统温度测量系统安全性低、准确性差等问题。伴随着人工智能技术、计算机技术、传感器技术、现代通信技术以及信号处理技术的快速发展，对变电站进行输变线路的温度进行在线实时监测，及时发现火灾安全隐患并进行预防措施已经成为可能。本文主要研究的是无线测温预警系统，是基于无线传输技术和传感器技术的温度在线实时监测系统，通过该系统可以有效地确保变电站输变电线路的正常运行，提升变电站电力系统运行的自动化程度，大限度的降低故障维修次数。

 

参考文献

[1]杨红光.基于物联网的无线测温系统设计[J]山东大学，2013-03-20.

[2]文博，高盛，王昭滨，王开成，于国良.高压变电站无线测温预警系统的设计.

[3]安科瑞电气设备温度监控解决方案.2021.06月版.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06月版.