浅谈高压开关柜温度在线监测系统设计

安科瑞 彭海生

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摘要：在当前的社会之中，电力资源是最重要的能源资源之一，人们对于电力资源的依赖程度也逐渐升高，到目前为止，任何人的生活与工作都不能离开电力资源，这就导致电力系统的普及型大大提高。电力系统具有着极高的利用率和普及率，因此一个稳定的电力系统对于提高人们的生活质量以及工作效率就十分有必要，在某些电力负荷比较大的地区，就会产生高压开关柜的温度上生产从而导致开关柜封闭性下降的情况，影响到了电力设备的运行，进而降低了电力系统的稳定性和安全性。在当前的高压开关柜温度监测之中，通常会采用电触头的传统监测方式进行监测，但是这种方法收到电触头的影响，其监测的精准程度降低，并且严重依赖于红外线温度传感器，从而导致这种监测方法的造价与成本较高，不能够大范围的进行应用。

关键词：高压开关柜；在线监测；无线测温

0引言

在电力系统之中，包括了多个组成部分和组成设备，其中任何一个部分和设备都必须要保持稳定的工作状态，任何一个环节出现故障，就会导致整个电力系统陷入瘫痪，而在这之中，高压开关柜设备就是非常重要的电力设备之一，其主要作用在于控制与保护电力系统的运行。当前绝大多数的高压开关设备都会采用封闭式的结构，这种结构不仅会导致热量大量堆积，并且会给监测与维修带来一定的障碍。当不能够及时将高压开关柜之中的温度控制到合理范围时，就有可能导致过高的温度引发火灾，最终给电力系统造成难以弥补的损失。由此可见，一套科学并且合理的高压开关柜温度监测系统能够有效的提高电力系统的稳定性和安全性，从而确保电力系统高效运行。

当前对高压开关柜进行温度监测，主要包括以下几种方法，比如CCD摄像头监测法，示温蜡片监测法以及红外监测法等，这些方法尽管都能够对温度进行监测，但是都存在严重的缺点，那就是不能够运行环境以及负荷等其他情况进行监测，单一的监测指标局限了监测效果。对此，设计一个能够全面监测各项指标的监测系统就显得十分有必要，本文中所设计的系统，目的就是为了应对传统高压开关柜监测方法之中的问题以及不足，从而达到更加全面的监测效果，并且还要保证监测系统结构较为简洁，操作便利，并且也具有较为可靠的性能，降低各种电力系统事故，提高电力系统的稳定性。

1高压开关柜概述

高压开关柜是电力系统运行之中的重要电气设备之一，主要是以断路器为主要的组成设备，是生产厂家根据不同的电气系统接线图需要，从而将电力系统之中有关的高低压电器以及线路和导体等，全部封装在一个金属柜体之中，从而作为电力系统分配电能的装置。

在进行高压开关柜的结构设计时，必须要具有“五防”，即一误分，二防短路、三防带负荷分，四防隔离，五防带电挂接地线并且防误入带电间隔。

当前绝大多数的高压开关柜按照断路器的安装方式可以分为移开式以及固定式两类，其中移开式的高压开关柜主要是应用在手车之上，这是由于手车柜具有着比较好的互换性，从而能够保证电力输送的稳定性。而固定式的高压开关柜，因为电气设备都是固定式安装的，因此不具有移动性，所以具有着更加经济性的优点。

根据不同的高压开关柜内部结构可以分为金属封闭式开关柜、金属间隔式开关柜以及金属封闭箱式和敞开式开关柜三大类，不同结构的高压开关柜，其内部的构成以及优缺点都有所不同，金属封闭式开关柜主要由断路器、母线等部分组成，因为这些组成都安装在金属封闭的隔室之中，因此被称为金属封闭式开关柜。而金属间隔式和封闭式之间，有较大的相同点，其所组成的金属原件同样安装在隔间之中，但是因为安装有防护作用的非金属隔板，从而能够起到更好的保护作用。金属封闭式的开关柜外部是金属材质的保护外壳，而敞开式开关柜则是将部分设备敞开在外，从而导致封闭性较低。

2系统设计要求

2.1体积要求

针对于绝大多数高压开关柜而言，其内部空间都非常小，很难将大体积的监测设备安装入其中，因此在设计监测系统时，必须要尽可能的降低监测设备的体积，从而才能够保证高压开关柜内部空间足够。

2.2绝缘性能要

高压开关柜中存在大电流和高电压，如果不能够做好绝缘以及安全防护的话，很容易导致设备内部短路或者误触事故发生，因此必须要加强监测设备的绝缘性能，杜绝发生事故的可能。

2.3稳定性要求

温度监测系统是对高压开关柜内部温度进行监测，这种监测不仅仅要求实时进行，并且还要求所监测的数据要精准，因此在设计温度监测系统时，必须要保证监测设备具有足够的稳定性，从而才能够确保监测结果的科学、有效。除此之外，监测设备因为具有着较高的精准度要求，因此必须要定期进行检查和维护，在设计监测设备时，还应当尽量便于维护，从而降低维护人员的工作和操作难度，提高设备的易用性。

3系统总体方案

高压开关柜的温度监测系统，由温度的采集设备、数据计算设备以及监测控制器三部分组成，这三部分各司其 职，都发挥着十分重要的作用。

温度采集设备，即是对高压开关柜之中的空气温度进行采集，其中包括了温度传感器、微型控制器以及信息传输 器等多个部分。一般情况下，温度采集设备都安装在高压开关柜的断路器之上，负责对断路器的触头温度进行检测， 并且通过数据传输设备将数据传输到监测控制器之上，完成温度采集工作。

数据计算设备，其中包括有处理器、显示器以及警告器等多个组成部分，绝大多数的数据计算设备都安装在高压开关柜的柜门之上，来对所获取的温度进行计算，在数据经过计算之后，将所得处理结果显示在显示器上，以便于工作人员获取相关数据。

监测控制器之中备有温度监测分析统计软件，它能够对温度采集设备所获取的温度数据进行统计以及计算，并且将所获得的数据进行保存，当温度超过了系统所设定的温度上限时，将会及时发出警告，从而告知工作人员温度已经超过标准。

针对于温度监控分析统计软件而言，其中包括了四个组成部分，分别是智能分析系统、实时数据系统、UI界面以及数据传输。

智能分析系统是整个温度监控分析统计软件的核心所在，它利用内部的计算和分析核心，来负责指挥整个软件的运行，其中主要求实时监测、数据统计、警告信息管理等数个部分组成。智能分析系统能够将监测系统所获得的数据进行智能分析，并且对高压开关柜设备的内部情况进行预测，通过改变警告阈值的方式来实现动态监控高压开关柜的温度。

实时数据系统，能够为分析统计软件提供一个快速并且科学的数据访问渠道，它利用了共享存储的技术，在软件之中的每一个模块都能够通过标准接口来提取实时数据，从而保证每一个模块都能够发挥出最大的作用，对高压开关柜中的各项指标进行严格的控制。

UI界面，顾名思义，是为了实现软件与用户之间的交互以及信息交流，它能够将软件所获取的数据以及情况准确并且形象的反馈给用户，从而实现监测系统的作用。在UI界面之中，往往会采用图形化的界面，以此来提高便用程度，降低用户的操作难度和学习难度。用户可以快速并且便捷的利用UI界面，来查询高压开关柜之中的各项数据，比如实时温度、统计图表以及分析结果等等。

数据传输系统，能够将其他模块所采集的数据以及分析结果进行传输以及上报，并且能够将温度监测分析统计软件所得数据传输给储存系统，从而更好的保存数据，便于后期的调用。

4安科瑞无线测温系统

4.1系统结构

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了极大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

温度在线监测系统结构图

4.2系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

1. 温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

1. 温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

1. 运行报表：查询及打印各测温点指定时间的温度数据。

1. 实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

1. 历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

4.3系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

名称

外形

型号

参数说明

系统组态软件

Acrel-2000/T

硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。

显示器：21寸，分辨率1280*1024。

操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。

数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。

通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约

智能通信管理机

Anet-2E4SM

通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。

无线测温集中采集设备

Acrel-2000T/A

壁挂式安装

标配一路485接口、一路以太网口

自带蜂鸣器告警

柜体尺寸480*420*200（单位mm）

Acrel-2000T/B

硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口

显示器：12寸，分辨率800*600

操作系统：Windows7

数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2

可选Web平台/APP服务器

柜体尺寸为480*420*200（单位mm)

显示终端

ATP007

ATP010

DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；

可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。

ARTM-Pn

面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm；

AC85-265V或DC100-300V供电；

一路上行RS485接口，Modbus协议；

可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。

ASD320

ASD300

面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm；

AC85-265V或DC100-300V供电；

一路上行RS485接口，Modbus协议；

可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。

智能温度巡检仪

ARTM-8

开孔88*88mm嵌入式按照；

AC85-265V或DC100-300V供电；

一路上行RS485接口，Modbus协议；

可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温；

ARTM-24

35MM导轨安装；

AC85-265V或DC100-300V供电；

一路上行RS485接口，Modbus协议；

24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温；

无线收发器

ATC450-C

可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。

ATC600

ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。

电池型无线测温传感器

ATE100M

电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃；

精度±1℃；470MHz，空旷距离150米；

32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。

ATE200

电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃；

精度±1℃；470MHz，空旷距离150米；

35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。

ATE200P

电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃；

精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。

CT取电型无线测温传感器

ATE400

CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米；

合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。

有线温度传感器

PT100

用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系；

用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100

NTC

用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系；

用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好

5结束语

为了确保电力系统的正常运行，就必须要高中重视高压开关柜中的温度在线监测，进行有针对性的监测系统设计，从而让监测系统能够发挥出正常的作用，保证高压开关柜中的温度适中保持在合理范围之内，避免发生各种事故，影响电力系统的稳定。

参考文献

[1]陈亚东.高压开关柜温度在线监测系统设计

[2]刘志群.基于RS485实现的PC机与单片机多机通信[J].闽江学院学报，2007(2).

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版．

[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10