Resumé: Med den fortsatte udvikling af den sociale økonomi bevæger elsystemet sig i retning af højspænding og høj kapacitet. Nye teknologier og udstyr i elsystemet dukker op i en endeløs strøm, og kraftoverføringskapaciteten fortsætter med at forbedres. Højspændingsbelastningen, der bæres af elektrisk højspændingsudstyr, forårsager dog også sin egen temperaturstigning, der truer elnettets stabilitet. Udstyrstemperatur er blevet en vigtig parameter for stabil drift af kraftoverføringsudstyr i det nuværende elnet. Baseret på årsagerne til temperaturstigningen i elektrisk højspændingsudstyr analyserer denne artikel strukturen og anvendelsen af det trådløse temperaturmålingssystem, analyserer fordele og ulemper ved dets anvendelse og giver anvendelseseksempler som reference for stabil drift og udvikling af vores lands elsystem.
Nøgleord: Trådløst temperaturmålingssystem; elektrisk højspændingsudstyr; fordele og ulemper
Højspændingsudstyr i vores lands elsystem har en række forskellige tilslutningspunkter, såsom isolerede afbryderforbindelser, samleskinneknuder osv. På grund af kvalitetsproblemer i fremstillings- eller sikkerhedsprocessen vil mange enheder have dårlig kontakt, og der vil blive genereret en stor modstand under brug, hvilket resulterer i problemer med temperaturstigning.
1. Årsager til temperaturstigning i elektrisk højspændingsudstyr
Anvendelsen af temperaturmålingssystemet er uadskillelig fra analysen af årsagen til temperaturstigningsproblemet. Det første er kvalitets- og installationsproblemerne ved selve højspændingselektrisk udstyr, især ved samlingerne af udstyrets bolte. Om forbindelsespunkterne opfylder standarderne, og om tætheden opfylder standarderne, påvirker alt sammen modstandens styrke. Mange udstyrsforbindelser vil have ujævne og ru problemer under installationen. Utilstrækkelig slibning vil også føre til øget modstand og dårlig kontakt, hvilket vil påvirke brugen af udstyret og gøre temperaturstigningsproblemet tydeligt. For det andet vil uforsigtig beskyttelse under transport af højspændingselektrisk udstyr forårsage stød, hvilket resulterer i deformation af forbindelsespunkter eller nøgledele, hvilket resulterer i dårlig kontakt. For det tredje er metaloverfladen på selve højspændingselektrisk udstyr tilbøjelig til korrosion eller oxidationsreaktioner, og problemer på udstyrets overflade vil også påvirke udstyrets kontakt. Det dårlige arbejdsmiljø for noget elektrisk udstyr, såsom høj temperatur, regn, sne og stærk vind, vil fremskynde ældningen af selve udstyret og forårsage alvorlige temperaturstigningsproblemer. For det fjerde påvirker eksterne faktorer dårlig kontakt ved udstyrets tilslutning. Mange driftssteder for udstyr er relativt komplicerede, og forskellige led, såsom installation, brug og vedligeholdelse af udstyr, er også tilbøjelige til fejl, hvilket resulterer i dårlig kontakt mellem mange kabelstik og skilleafbrydere og alvorlige problemer med temperaturstigning. For det femte er udstyret under høj belastning i lang tid. Højspændingsudstyret bærer selv transmissionen og anvendelsen af højspændingselektricitet. Når strømmen er for stor og overstiger udstyrets bæreevne, kombineret med strømmens termiske effekt, vil udstyrets temperatur stige hurtigt.
Under faktisk drift af udstyret vil ovenstående fem problemer opstå ved samlinger af afbrydere, afbrydere, kabelsamlinger, bøsninger og samleskinner osv. Disse områder har mange fejl og er tilbøjelige til temperaturstigninger. Ved daglig inspektion og vedligeholdelse bør personalet fokusere på inspektion og vedligeholdelse. Under inspektion af udstyret kan temperaturmålingen af enheden ikke kun registrere enhedens status under brug, men også rettidigt opdage overdreven varme, der genereres af dårlig kontakt eller overdreven belastning. I opladet tilstand er det normalt, at den indre temperatur er højere end omverdenens temperatur på grund af påvirkning af strøm og varme, men varmeændringer på grund af fejl i selve udstyret eller overdreven belastning skal overvåges nøje. Dette temperaturstigningsproblem vil forværre udstyrets aldring og derved reducere udstyrets levetid og kan endda forårsage, at udstyret brænder ud. Derfor er det meget nødvendigt at anvende et temperaturmålingssystem til højspændingselektrisk udstyr.
I Kina er de mest anvendte temperaturmålingsmetoder til højspændingsudstyr temperaturvisningsvokschipmetoden, infrarød temperaturmålingsmetode, optisk fibertemperaturmålingsmetode og trådløst temperaturmålingssystem. Både temperaturvisningsmetoden og det infrarøde termometer betjenes manuelt, og dataene kan ikke indsamles i realtid. Gennem optisk fibermåling kan der opnås måleresultater i realtid. I tilfælde af høj- og lavspænding kan det dog ikke fuldstændigt isolere miljøfaktorer og kan ikke opfylde kravene i elektriske instrumentspecifikationer for højspændingsinstrumenter. Desuden er der ved installation i kabinettet også store hindringer for installationen på grund af problemer såsom, at den optiske fiber ikke er modstandsdygtig over for høje temperaturer, og at ledningsføringen er vanskelig. Den eksisterende trådløse temperaturmålingsteknologi er primært afhængig af den nuværende trådløse transmissionstilstand for at overvinde forbindelses- og fastgørelsesproblemerne for de primære og sekundære sløjfer og derved forbedre sikkerheden ved højspændingsstrømforbrug.
2. Analyse af trådløs temperaturmålingssystemstruktur og udstyrsanvendelse
Sammensætningen af det trådløse temperaturmålingssystem kan opdeles i temperatursensordelen og visnings- og analysedelen af temperaturovervågningsresultaterne, samt systemets hardware og software. Strukturen af det trådløse temperaturmålingssystem til højspændingsudstyr, som vist i figur 1, er normalt installeret med temperatursensorer ved samlingen af kontaktskabe, kabelsamlinger, sikringer osv. For at sikre nøjagtigheden af målingen er sensoren normalt på samme spændingsposition som testobjektet, og derefter transmitteres og vises det indsamlede signal ved hjælp af trådløs teknologi. For at sikre sikkerheden ved temperaturmåling er højspændings- og lavspændingsarbejdsdelene isoleret for at forhindre lækage og andre ulykker. Normalt er der flere kanaler på den ydre overflade af arbejdsudstyret til realtidsovervågning og databehandling af flere steder. Derefter transmitteres de data, der modtages af modtageren, til computeren via seriel- eller parallelporten og analyseres og behandles af det forprogrammerede program.
Figur 1 Skematisk diagram over strukturen af det trådløse temperaturmålingssystem til højspændingsudstyr
2.1 Temperaturføler
Temperatursensorens funktion er at omdanne temperatursignalet til et elektrisk signal. Normalt anvendes et PT100 termoelementmåler, og dens målenøjagtighed kan nå 0,1 grader Celsius. En miniaturestrømsensor med nul flux kan også anvendes, hvilket også har en høj anvendelsesværdi. Teknisk set vælger den magnetiske sensor lavtabs Permalloy som jernkerne og bruger speciel negativ trykteknologi og beskyttelsesmidler til at realisere automatisk kompensation for jernkernen, så jernkernen er i den ideelle arbejdstilstand med nul magnetisk flux. Ud over temperaturmåleren inkluderer den trådløse temperatursensor også en strømforsyning, et målekredsløb, et logisk styrekredsløb og et radiokommunikationskredsløb ved en bestemt frekvens. For at tilpasse sig højere arbejdsforhold er den generelt pakket i højtemperatur- og højtryksvarmekrympeslange og har visse vandtætte og støvtætte egenskaber for at sikre langvarig brug. Da arbejdsområdet for trådløst temperaturmåleudstyr normalt er lille, bør dets størrelse reduceres så meget som muligt for at imødekomme arbejdsforholdene under brug. Ved brug af en temperatursensor kan varmebestandig limtråd eller limteknologi bruges til at kombinere det varmefølsomme element med objektets overflade, men man skal være forsigtig med at holde kontaktpunkterne tæt for at reducere målefejl. Den trådløse temperatursensor skal have en bred... lineært arbejdsområde. Normalt vælges et temperaturfølerelement på -55~130 grader Celsius, og temperaturføleren vælges i henhold til kravene til målenøjagtighed og målefejl under forskellige driftsforhold.
2.2 Trådløs temperaturdetektor
Det trådløse temperaturdetektorsystem har flere modtagekanaler, som kan behandle og vise flere forskellige målepunkter i realtid. Der er vurderings- og fejlhåndteringsfunktioner i den trådløse temperaturdetektor. En sikkerhedszone indstilles på forhånd af personalet, og de indsamlede oplysninger sammenlignes med den indstillede tærskelværdi af den trådløse temperaturdetektor. Hvis temperaturen overstiger tærsklen, går den ind i fejlbehandlingsmodulet og udsender advarselsteksten og udsender et sæt høje og lave niveauer for at starte alarmsignalet og lyden. Ud over de grundlæggende detektions- og alarmfunktioner har den trådløse temperaturdetektor også mulighed for at transmittere information. Den kan tilsluttes en computer via en datalinje eller en seriel/parallel portkommunikationschip, og medarbejdere kan overvåge flere kontakter og kontaktdele i realtid og kontrollere deres driftsstatus for at opdage eksisterende sikkerhedsproblemer i tide.
2.3 System til overvågning af temperatur i realtid
Sammenlignet med de ovennævnte hardwarefaciliteter såsom sensorer og detektorer er realtidstemperaturovervågningssystemet mere tilbøjeligt til softwaresystemet i det trådløse temperaturmålingssystem. Realtidstemperaturovervågningssystemet er integrationen af den samlede trådløse temperaturmålingshardwares drift, databehandling, signalindsamling og andre funktioner. Det kommunikerer med personalet via klientgrænsefladen og uploader og udsteder instruktioner. For at reducere operatørernes arbejdsintensitet har tekniske medarbejdere udviklet et realtidstemperaturovervågningssystem, der opfylder ovenstående beskrivelse, for at analysere og behandle temperaturmålingsresultaterne fra hardwaredelen. Realtidstemperaturovervågningssystemet har funktioner som temperaturvisning, datalagring, historisk dataanalyse og -sammenligning, fejladvarsel, fejlanalyse, analyse af udstyrets driftsstatus osv., og det kan integrere og supplere hardwaredelens funktioner. I designet af realtidstemperaturovervågningssystemet kan nogle modulære designmetoder anvendes til redundant databehandlingsarbejde, og hver modulenhed er opdelt i henhold til funktionen, og dataene lagres og behandles efter kategori. Denne modulære designmetode kan gøre realtidstemperaturovervågningssystemet mere anvendeligt og sikkert. Realtidstemperaturovervågningssystemet kan hjælpe tekniske medarbejdere med at indsamle, udtrække, sammenligne og analysere en stor mængde data og kan rapportere forskellige unormale forhold i realtid i henhold til forskellige temperaturer på forskelligt udstyr for at sikre normal drift af forskellige enheder. Samtidig har realtidstemperaturovervågningssystemet også god matematisk drift og visualiseringsevne, som kan vise dataene fra en bestemt periode som et diagram og markere dataene for at lette senere vedligeholdelse.
3. Fordele og ulemper ved trådløse temperaturmålingssystemer anvendt på elektrisk højspændingsudstyr
3.1 Tekniske fordele ved trådløse temperaturmålingssystemer anvendt i elektrisk udstyr
Med fremskridt inden for videnskab og teknologi har det trådløse temperaturmålingssystem gennemgået adskillige opgraderinger og opdateringer, dets ydeevne er blevet stærkere og stærkere, og temperaturovervågningen er blevet mere og mere præcis. Den nuværende strømforsyningskonstruktion kræver, at det trådløse temperaturmålingssystem er mere og mere realtidsbaseret og præcist, især til elektrisk højspændingsudstyr. Det trådløse temperaturmålingssystem justeres også konstant ved anvendelse af elektrisk højspændingsudstyr. Med hensyn til signalmodtagelse udvider det trådløse temperaturmålingssystem en højere signalfrekvens baseret på egenskaberne ved elektrisk højspændingsudstyr, som har god stabilitet og ikke let forstyrres af eksterne faktorer. Trådløs kommunikationsteknologi anvendes i signaltransmission, som er relativt enkel, har lavt energiforbrug og lav pris, og kan analyseres og behandles i henhold til de modtagne data, og instrumentets arbejdsstatus kan overvåges i realtid uden at blive påvirket af vejrforhold. Instrumentets temperatur kan overvåges i realtid for at undgå manglende detektion. Samtidig kan enhedens overtemperaturalarm indstilles i henhold til brugerens behov, og operatøren kan mindes om den specifikke udstyrsplacering gennem lyd og signal.
3.2 Utilstrækkelig anvendelse af trådløse temperaturmålingssystemer i elektrisk udstyr
Temperaturmåling af højspændingselektrisk udstyr ved hjælp af det trådløse temperaturmålingssystem reducerer inspektionsarbejdsintensiteten for transformerstationsoperatører og forbedrer samtidig udstyrets sikkerhedsydelse. Der er dog også visse mangler ved det trådløse temperaturmålingssystem i faktisk brug. Først og fremmest er det trådløse temperaturmålingssystem en aktiv teknologi, der kræver et indbygget batteri til strømforsyning. Når batteriet er afladet, lukker det trådløse temperaturmålingssystem automatisk ned, og personalet kan ikke se enhedens temperatur og kan kun genoprette forbindelsen ved at afbryde ledningen for at udskifte batteriet. Som følge heraf øges antallet af tænd/sluk-operationer og uplanlagte strømafbrydelser i transformerstationen betydeligt. For at løse dette problem kan vi forbedre teknologien, udskifte det indbyggede batteri med en passiv strømforsyning og bruge den elektromagnetiske bølge, der genereres af den faste punktstrøm, som strøm, så hele systemets pålidelighed forbedres. For det andet svigter nogle temperaturkontrolindikatorer på strømforsyningsenheden ofte i praktiske anvendelser. Det vurderes foreløbigt, at batteriet i den trådløse temperaturmålingssensor er utilstrækkeligt. Efter strømafbrydelse og udskiftning af den trådløse temperaturmålersensor eksisterer dette fænomen stadig. I dette tilfælde er det nødvendigt at detektere stedet, foretage fejlfinding af installationen af modtageren, forkorte afstanden mellem temperaturmålepunktet og det trådløse temperaturmålesystem og undgå denne situation. Derudover kan den trådløse temperaturmåler med sin egen aktive teknologi ikke udskifte batteriet. Hvis den registrerer, at batteriet ikke er tilstrækkeligt, skal den trådløse sensor udskiftes. Dette vil ikke kun øge instrumentets vedligeholdelsesomkostninger, men også forårsage ressourceforbrug af udstyret.
4. Anvendelseseksempler for trådløst temperaturmålingssystem
Sammenlignet med udenlandsk trådløs temperaturmålingsteknologi halter udviklingen af indenlandsk temperaturmålingsteknologi relativt bagud, men på grund af den fortsatte opmærksomhed fra den indenlandske industri i de senere år er investeringerne, arbejdskraften og de materielle ressourcer på dette område blevet forbedret. I elindustrien findes der mange hjælpeudstyrsenheder, især overvågningsudstyr til strømdrift. Det vil sige, at når linjen når en bestemt belastning eller høj temperatur, stopper enheden automatisk strømforsyningen for at undgå ulykker. Disse praktiske nye produkter bruges mest i elektrisk højspændingsudstyr, og deres grænseflader er forudinstalleret og kan ikke udskiftes. Selvom det vil reducere genereringen af modstand til en vis grad, er det let at forårsage fejl på grund af langvarigt arbejde, hvilket vil øge selve enhedens modstand og øge varmen under drift. Så i lang tid er det let at forårsage sikkerhedsulykker, der bringer menneskers personlige og ejendoms sundhed i fare. Som reaktion på denne situation har nogle indenlandske virksomheder anvendt trådløs temperaturmålingsteknologi til strømproduktion. Med populariteten af denne teknologi er den nu bredt anvendt ikke kun i elindustrien, men også i andre industrier med problemer med temperaturstigninger.
5. Anvendelsesscenarier
Den elektriske kontakt online temperaturmåler er egnet til temperaturovervågning af kabelsamlinger i høj- og lavspændingsafbryderskabe, afbryderkontakter, knivafbrydere, højspændingskabels mellemhoveder, tørtransformere, lavspændings- og højstrømsudstyr. Den kan forhindre potentielle sikkerhedsfarer forårsaget af overdreven kontaktmodstand og opvarmning på grund af oxidation, løshed, støv og andre faktorer under drift, hvorved udstyrets sikkerhed forbedres, udstyrets driftsstatus rettidigt, kontinuerligt og præcist afspejles og udstyrets ulykkesrate reduceres.
Figur 7 Måling af jævnstrømssystem og batterielektrisk
6. Konfiguration af systemhardware
Online-temperaturovervågningssystemet består hovedsageligt af en temperatursensor og en temperaturoptagelses-/visningsenhed på udstyrslaget, en edge computing-gateway på kommunikationslaget og en temperaturmålingssystemvært på stationsstyringslaget for at realisere online temperaturovervågning af centrale elektriske dele af strømtransformations- og distributionssystemet.
| Navn | Udseende | Type | Parameterbeskrivelse |
| Systemkonfigurationssoftware |  | Acrel-2000/T | Hardware: 4G hukommelse, 500G harddisk, Ethernet-port. Skærm: 21 tommer, opløsning 1280*1024. Operativsystem: Windows 7 64-bit (forenklet kinesisk, ultimativt). Databasesystem: Microsoft SQL Server 2008 R2. Kommunikationsprotokol: IEC 60870-5-103, IEC60870-5-104, Modbus RTU, Modbus TCP og andre internationale standardkommunikationsprotokoller |
| Smart kommunikationsstyringsmaskine |  | Anet-2E4SM | Universel gateway, 2-vejs netværksport, 4-vejs RS485, valgfri 1-vejs LORA, live alarmfunktion, understøtter 485, 4G slavemoduludvidelse |
| Centraliseret opsamlingsudstyr til trådløs temperaturmåling |  | Acrel-2000T/A | Vægmonteret Én standard 485-grænseflade, én Ethernet-port Indbygget buzzeralarm Skabsstørrelse 480*420*200 (enhed mm) |
 | Acrel-2000T/B | Hardware: 4G hukommelse, 128G harddisk, Ethernet-port Skærm: 12 tommer, opløsning 800*600 Operativsystem: Windows 7 Databasesystem: Microsoft SQL Server 2008 R2 Valgfri webplatform/APP-server Skabsstørrelse er 480*420*200 (enhed: mm) | |
| Displayterminal |  | ATP007/ ATP010 | DC24V strømforsyning; envejs uplink RS485 interface; envejs downlink RS485 interface; Modtag 20 stk. ATC200/1 stk. ATC400/ 1 stk. ATC450-C. |
 | ARTM-Pn | Overfladeramme 96*96*17 mm, dybde 65 mm; borediameter 92*92 mm; AC85-265V eller DC100-300V strømforsyning; Envejs uplink RS485-grænseflade, Modbus-protokol; Modtag 60 stk. ATE100/200/300/400; matcher ATC200/300/450. | |
 | ASD320/ ASD300 | Overfladeramme 237,5*177,5*15,3 mm, dybde 67 mm; borediameter 220*165 mm; AC85-265V eller DC100-300V strømforsyning; Envejs uplink RS485-grænseflade, Modbus-protokol; Modtag 12 stk. ATE100/200/300/400; matcher ATC200/300/450 | |
| Intelligent temperaturinspektionsinstrument |  | ARTM-8 | Borediameter 88 * 88 mm indlejret installation; AC85-265V eller DC100-300V strømforsyning; Envejs uplink RS485-grænseflade, Modbus-protokol; Kan tilsluttes 8-vejs PT100-sensorer, egnet til temperaturmåling af lavspændingskoblingsudstyrs elektriske kontakter, transformerviklinger, klikviklinger osv.; |
 | ARTM-24 | 35 mm DIN-skinneinstallation; AC85-265V eller DC100-300V strømforsyning; Envejs uplink RS485-grænseflade, Modbus-protokol; 24 kanaler med NTC eller PT100, 1 kanal til temperatur- og fugtighedsmåling, 2 kanaler til relæalarmudgang, der bruges til temperaturmåling af lavspændingskontakter, transformerviklinger, klikviklinger og andre steder; | |
| Trådløs transceiver |  | ATC450-C | Modtag data fra 60 stk. ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P sensorer |
 | ATC600 | ATC600 har to specifikationer: ATC600-C kan modtage data fra 240 stk. ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ ATE100P/ATE200P-sensor. ATC600-Z udfører transparent relætransmission. | |
| Batteritype Trådløs temperatursensor |  | ATE100M | Batteridrevet, levetid ≥ 5 år; -50°C~+125°C; nøjagtighed ±1°C; 470 MHz, åben afstand 150 meter; 32,4*32,4*16 mm (længde*bredde*højde) |
 | ATE200 | Batteridrevet, levetid ≥ 5 år; -50°C~+125°C; nøjagtighed ±1°C; 470 MHz, åben afstand 150 meter; 35*35*17 mm, L=330 mm (længde*bredde*højde, trefarvet rem). | |
 | ATE200P | Batteridrevet, levetid ≥ 5 år; -50°C~+125°C; nøjagtighed ±1°C; 470 MHz, åben afstand 150 meter, beskyttelsesklasse IP68; 35*35*17 mm, L=330 mm (længde*bredde*højde, trefarvet rem). | |
| CT strømforbrugende trådløs temperatursensor |  | ATE400 | CT induktionsstrømforsyning, startstrøm ≥5A; -50℃~+125℃; nøjagtighed ±1℃; 470MHz, åben afstand 150 meter; fast legeringsplade, strømforsyning; trefarvet skal; 25,82*20,42*12,8 mm (længde*bredde*højde). |
| Kablet temperatursensor |  | PT100 | Når det bruges til måling af lavspændingskontakttemperatur, bedes du kontakte leverandøren for specifik emballage, nøjagtighed, ledningssystem, ledningsmateriale og ledningslængde; Når det bruges til temperaturmåling af transformer- og motorviklinger, anbefales det at forudindlejre Pt100 i transformeren eller motoren. |
 | NTC | Når det bruges til måling af lavspændingskontakttemperatur, bedes du kontakte leverandøren for specifik emballage, nøjagtighed, ledningssystem, ledningsmateriale og ledningslængde; Når det bruges til måling af transformer- og motorviklingstemperatur, anbefales det, at transformeren eller motoren forudindstøbes |
7. Konklusion
På grund af den kontinuerlige udvikling af sensorer, trådløs datakommunikation, data mining og andre teknologier vil realtidsovervågningssystemer for højspændingselektrisk temperatur blive mere videnskabelige. Med anvendelsen og populariseringen af trådløse temperaturmålingssystemer er vores lands elindustri også mere stabil og sikker, og dens teknologiske fremskridt har bidraget til vores lands udvikling.
Referencer:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Udsendelsestidspunkt: 2. maj 2025