Sammanfattning: Med den kontinuerliga utvecklingen av samhällsekonomin rör sig kraftsystemet mot högspänning och hög kapacitet. Nya teknologier och utrustningar i kraftsystemet dyker upp i en oändlig ström, och kraftöverföringskapaciteten fortsätter att förbättras. Emellertid gör högspänningsbelastningen som bärs av högspänningsutrustning också sin egen temperaturhöjning till boven i dramat som hotar elnätets stabilitet. Utrustningstemperaturen har blivit en viktig parameter för stabil drift av kraftöverföringsutrustning i det nuvarande elnätet. Baserat på orsakerna till temperaturhöjningen av högspänningsutrustning analyserar denna artikel strukturen och tillämpningen av det trådlösa temperaturmätningssystemet, analyserar fördelarna och nackdelarna med dess tillämpning och ger tillämpningsexempel som referens för stabil drift och utveckling av vårt lands kraftsystem.
Nyckelord: Trådlöst temperaturmätningssystem; högspänningsutrustning; fördelar och nackdelar
Högspänningsutrustningen i vårt lands elsystem har en mängd olika anslutningspunkter, såsom isolerade kopplingskopplingar, samlingsskennoder etc. På grund av kvalitetsproblem i tillverknings- eller säkerhetsprocessen kommer många enheter att ha problem med dålig kontakt och ett stort motstånd kommer att genereras under användning, vilket resulterar i problem med temperaturökning.
1. Orsaker till temperaturökning av högspänningsutrustning
Tillämpningen av temperaturmätningssystemet är oskiljaktig från analysen av orsaken till problemet med temperaturökning. Det första är kvalitets- och installationsproblemen hos själva högspänningsutrustningen, särskilt vid skarvarna på utrustningens bultar. Huruvida anslutningspunkterna uppfyller standarderna och huruvida tätheten uppfyller standarderna påverkar alla resistansens styrka. Många utrustningsanslutningar kommer att ha ojämna och ojämna problem under installationen. Otillräcklig slipning kommer också att leda till ökat resistans och dålig kontakt, vilket kommer att påverka användningen av utrustningen och göra problemet med temperaturökning uppenbart. För det andra kommer slarvigt skydd under transport av högspänningsutrustning att orsaka stötar, vilket resulterar i deformation av anslutningspunkter eller viktiga delar, vilket resulterar i dålig kontakt. För det tredje är metallytan på själva högspänningsutrustningen benägen för korrosion eller oxidationsreaktioner, och problem på utrustningens yta kommer också att påverka utrustningens kontakt. Den dåliga arbetsmiljön för viss elektrisk utrustning, såsom hög temperatur, regn, snö och stark vind, kommer att påskynda åldringen av själva utrustningen och orsaka allvarliga problem med temperaturökning. För det fjärde påverkar externa faktorer dålig kontakt vid utrustningens anslutning. Många driftsplatser för utrustning är relativt komplicerade, och olika länkar som installation, användning och underhåll av utrustning är också benägna att orsaka misstag, vilket resulterar i dålig kontakt mellan många kabelkontakter och isoleringsbrytare, och allvarliga problem med temperaturökning. För det femte är utrustningen under hög belastning under lång tid. Högspänningsutrustningen själv transporterar och bär högspänningselektricitet. När strömmen är för stor och överstiger utrustningens bärförmåga, i kombination med strömmens termiska effekt, kommer utrustningens temperatur att stiga snabbt.
Vid faktisk drift av utrustningen kommer ovanstående fem problem att uppstå vid skarvarna på brytare, frånskiljare, kabelskarvar, bussningar och samlingsskenor etc. Dessa områden har många fel och är benägna att få problem med temperaturökning. Vid daglig inspektion och underhåll bör personalen fokusera på inspektion och underhåll. Under inspektionen av utrustningen kan temperaturmätningen av enheten inte bara fånga enhetens status under användning, utan också i tid upptäcka överdriven värme som genereras av dålig kontakt eller överdriven belastning. I laddat tillstånd, på grund av påverkan av ström och värme, är det normalt att den inre temperaturen är högre än omvärlden, men värmeförändringen på grund av fel på själva utrustningen eller överdriven belastning måste övervakas noggrant. Detta problem med temperaturökning kommer att förvärra utrustningens åldrande, vilket minskar utrustningens livslängd och kan till och med orsaka att utrustningen brinner ut. Därför är det mycket nödvändigt att tillämpa ett temperaturmätningssystem på högspänningsutrustning.
I Kina är de mest använda temperaturmätningsmetoderna för högspänningsutrustning temperaturvisning med vaxchipsmetod, infraröd temperaturmätningsmetod, optisk fibertemperaturmätningsmetod och trådlöst temperaturmätningssystem. Både temperaturvisningsmetoden och den infraröda termometern manövreras manuellt, och data kan inte samlas in i realtid. Genom optisk fibermätning kan realtidsmätningsresultat erhållas. Men vid hög och låg spänning kan den inte helt isolera miljöfaktorer och kan inte uppfylla kraven i elektriska instrumentspecifikationer för högspänningsinstrument. Dessutom finns det stora hinder för installationen vid installation i skåp på grund av problem som att den optiska fibern inte är motståndskraftig mot hög temperatur och att kabeldragningen är svår. Den befintliga trådlösa temperaturmätningstekniken förlitar sig huvudsakligen på det nuvarande trådlösa överföringsläget för att övervinna anslutnings- och fästproblemen för primär- och sekundärslingorna, vilket förbättrar säkerheten vid högspänningsanvändning.
2. Analys av trådlösa temperaturmätningssystems struktur och utrustningstillämpning
Sammansättningen av det trådlösa temperaturmätningssystemet kan delas in i temperatursensordelen och visnings- och analysdelen av temperaturövervakningsresultat, samt systemets hårdvara och mjukvara. Strukturen hos det trådlösa temperaturmätningssystemet för högspänningsutrustning, som visas i figur 1, installeras vanligtvis med temperatursensorer vid korsningen av kopplingsskåp, kabelskarvar, säkringar etc. För att säkerställa mätningens noggrannhet är sensorn vanligtvis i samma spänningsposition som testobjektet, och sedan överförs och visas den insamlade signalen med hjälp av trådlös teknik. För att säkerställa säkerheten vid temperaturmätningen isoleras högspännings- och lågspänningsdelarna för att förhindra läckage och andra olyckor. Vanligtvis finns flera kanaler på arbetsutrustningens yttre yta för realtidsövervakning och databehandling av flera platser. Sedan överförs data som tas emot av mottagaren till datorn via serie- eller parallellporten och analyseras och bearbetas av det förprogrammerade programmet.
Figur 1 Schematiskt diagram över strukturen hos det trådlösa temperaturmätningssystemet för högspänningsutrustning
2.1 Temperatursensor
Temperatursensorns funktion är att omvandla temperatursignalen till en elektrisk signal. Vanligtvis används en PT100 termoelementmätare, och dess mätnoggrannhet kan nå 0,1 grader Celsius. En miniatyrströmssensor med nollflöde kan också användas, vilket också har ett högt tillämpningsvärde. Tekniskt sett väljer den magnetiska sensorn Permalloy med låg förlust som järnkärna och använder speciell negativ tryckteknik och skyddsmedel för att realisera automatisk kompensation för järnkärnan, så att järnkärnan är i idealiskt arbetsförhållande med noll magnetflöde. Förutom temperaturmätningsanordningen inkluderar den trådlösa temperatursensorn även en strömförsörjning, en mätkrets, en logisk styrkrets och en radiokommunikationskrets vid en specifik frekvens. För att anpassa sig till högre arbetsförhållanden är den vanligtvis förpackad i högtemperatur- och högtrycksvärmekrympslang och har vissa vattentäta och dammtäta egenskaper för att säkerställa långvarig användning. Eftersom arbetsområdet för trådlös temperaturmätningsutrustning vanligtvis är litet bör dess storlek minskas så mycket som möjligt för att möta arbetsförhållandena under användning. Vid användning av en temperatursensor kan värmebeständig limtråd eller limteknik användas för att kombinera det värmekänsliga elementet med objektets yta, men man bör vara noga med att hålla kontaktpunkterna nära för att minska mätfel. Den trådlösa temperatursensorn bör ha ett brett linjärt arbetsområde. Vanligtvis väljs ett temperaturavkännande element på -55~130 grader Celsius, och temperatursensorn väljs enligt kraven på mätnoggrannhet och mätfel under olika arbetsförhållanden.
2.2 Trådlös temperaturdetektor
Det trådlösa temperaturdetektorsystemet har flera mottagningskanaler som kan bearbeta och visa flera olika mätpunkter i realtid. Den trådlösa temperaturdetektorn har funktioner för bedömning och felhantering. Personalen ställer in en säkerhetszon i förväg och den insamlade informationen jämförs med det inställda tröskelvärdet av den trådlösa temperaturdetektorn. Om temperaturen överstiger tröskelvärdet matas den in i felbehandlingsmodulen och varningstexten matas ut. En uppsättning höga och låga nivåer matas ut för att starta larmsignalen och ljudet. Förutom de grundläggande detekterings- och larmfunktionerna kan den trådlösa temperaturdetektorn även överföra information. Den kan anslutas till en dator via en dataledning eller ett seriellt/parallellt kommunikationschip, och anställda kan övervaka flera brytare och kontaktdelar i realtid och kontrollera deras driftsstatus för att upptäcka befintliga säkerhetsproblem i tid.
2.3 System för temperaturövervakning i realtid
Jämfört med ovan nämnda hårdvarufunktioner som sensorer och detektorer är realtidstemperaturövervakningssystemet mer benäget att använda mjukvarusystemet i det trådlösa temperaturmätningssystemet. Realtidstemperaturövervakningssystemet är en integration av den övergripande hårdvarudriften, databehandlingen, signalinsamlingen och andra funktioner för trådlös temperaturmätning. Det kommunicerar med personalen via klientgränssnittet och laddar upp och utfärdar instruktioner. För att minska operatörernas arbetsintensitet har teknisk personal utvecklat ett realtidstemperaturövervakningssystem som uppfyller ovanstående beskrivning, för att analysera och bearbeta temperaturmätningsresultaten från hårdvarudelen. Realtidstemperaturövervakningssystemet har funktioner för temperaturvisning, datalagring, analys och jämförelse av historiska data, felvarning, felanalys, analys av utrustningens driftstatus etc., och det kan integrera och komplettera hårdvarudelens funktioner. Vid designen av realtidstemperaturövervakningssystemet kan vissa modulära designmetoder användas för redundant databehandling, och varje modulenhet delas upp enligt funktion, och data lagras och bearbetas efter kategori. Denna modulära designmetod kan göra realtidstemperaturövervakningssystemet mer användbart och säkert. Realtidstemperaturövervakningssystemet kan hjälpa tekniska arbetare att samla in, extrahera, jämföra och analysera en stor mängd data och kan rapportera olika onormala förhållanden i realtid beroende på olika temperaturer hos olika utrustningar för att säkerställa normal drift av olika enheter. Samtidigt har realtidstemperaturövervakningssystemet också god matematisk drift och visualiseringsprestanda, vilket kan visa data från en viss period som ett diagram och markera data för att underlätta senare underhåll.
3. Fördelar och nackdelar med trådlösa temperaturmätningssystem tillämpade på högspänningsutrustning
3.1 Tekniska fördelar med trådlösa temperaturmätningssystem som används i elektrisk utrustning
Med vetenskapens och teknikens framsteg har det trådlösa temperaturmätningssystemet genomgått ett flertal uppgraderingar och uppdateringar, dess prestanda har blivit starkare och starkare, och temperaturövervakningen har blivit mer och mer exakt. Den nuvarande kraftkonstruktionen kräver att det trådlösa temperaturmätningssystemet är mer och mer realtidsbaserat och noggrant, särskilt för högspänningsutrustning. Det trådlösa temperaturmätningssystemet justeras också ständigt med tillämpningen av högspänningsutrustning. När det gäller signalmottagning sträcker det trådlösa temperaturmätningssystemet sig en högre signalfrekvens baserat på egenskaperna hos högspänningsutrustning, vilket har god stabilitet och inte lätt störs av externa faktorer. Trådlös kommunikationsteknik används i signalöverföring, vilket är relativt enkelt, har låg energiförbrukning och kostnad, och kan analyseras och bearbetas enligt mottagen data, och instrumentets arbetsstatus kan övervakas i realtid utan att påverkas av väderförhållanden. Instrumentets temperatur kan övervakas i realtid för att undvika missad detektering. Samtidigt kan enhetens övertemperaturlarm ställas in efter användarens behov, och operatören kan påminnas om den specifika utrustningens plats genom ljud och signal.
3.2 Otillräcklig tillämpning av trådlösa temperaturmätningssystem i elektrisk utrustning
Temperaturmätning av högspänningsutrustning med hjälp av trådlösa temperaturmätningssystem minskar arbetsintensiteten för transformatorstationsoperatörer och förbättrar samtidigt utrustningens säkerhetsprestanda. Det finns dock också vissa brister i trådlösa temperaturmätningssystem i faktisk användning. För det första är trådlösa temperaturmätningssystem en aktiv teknik som kräver ett inbyggt batteri för strömförsörjning. När batteriet är urladdat stängs det trådlösa temperaturmätningssystemet automatiskt av, och personalen kan inte se enhetens temperatur och kan bara återställa anslutningen genom att koppla bort ledningen för att byta batteri. Som ett resultat ökar antalet omkopplingar och oplanerade strömavbrott i transformatorstationen kraftigt. För att lösa detta problem kan vi förbättra tekniken, ersätta det inbyggda batteriet med en passiv strömförsörjning och använda den elektromagnetiska vågen som genereras av den fasta punktströmmen som ström, så att hela systemets tillförlitlighet har förbättrats. För det andra misslyckas ofta vissa temperaturkontrollindikatorer på strömförsörjningsenheten i praktiska tillämpningar. Det bedöms preliminärt att batteriet i den trådlösa temperaturmätningssensorn är otillräckligt. Efter strömavbrott och utbyte av den trådlösa temperaturmätningssensorn kvarstår detta fenomen. I det här fallet är det nödvändigt att upptäcka platsen, felsöka installationen av mottagaränden, förkorta avståndet mellan temperaturmätpunkten och det trådlösa temperaturmätningssystemet och undvika denna situation. Dessutom kan den trådlösa temperatursensorn med sin egen aktiva teknik inte ersätta batteriet. Om den upptäcker att batteriet inte räcker till måste den trådlösa sensorn bytas ut. Detta kommer inte bara att öka instrumentets underhållskostnader, utan också orsaka resursförbrukning för utrustningen.
4. Användningsexempel för trådlösa temperaturmätningssystem
Jämfört med utländsk trådlös temperaturmätningssystemteknik släpar utvecklingen av inhemsk temperaturmätningsteknik relativt efter, men på grund av den inhemska industrins kontinuerliga uppmärksamhet de senaste åren har investeringar, arbetskraft och materialresurser inom detta område förbättrats. Inom kraftindustrin finns det många hjälputrustningar, särskilt övervakningsutrustning för kraftdrift. Det vill säga, när ledningen når en viss belastning eller hög temperatur, kommer enheten automatiskt att stoppa strömförsörjningen för att undvika olyckor. Dessa praktiska nya produkter används mestadels i högspänningsutrustning, och deras gränssnitt är förinstallerade och kan inte bytas ut. Även om det kommer att minska genereringen av resistans i viss mån, är det lätt att orsaka fel på grund av långvarigt arbete, vilket kommer att öka enhetens motstånd och öka värmen under drift. Så under lång tid är det lätt att orsaka säkerhetsolyckor, vilket äventyrar människors hälsa och egendom. Som svar på denna situation har vissa inhemska företag tillämpat trådlös temperaturmätningsteknik för kraftproduktion. Med populariteten för denna teknik används den nu i stor utsträckning inte bara inom kraftindustrin, utan även i andra industrier med problem med temperaturökning.
5. Applikationsscenarier
Den elektriska kontakttemperaturmätaren online är lämplig för temperaturövervakning av kabelskarvar i hög- och lågspänningskopplingsskåp, brytarkontakter, knivbrytare, mellanliggande huvuden för högspänningskablar, torrtransformatorer, lågspännings- och högströmsutrustning. Den kan förhindra potentiella säkerhetsrisker orsakade av för högt kontaktmotstånd och uppvärmning på grund av oxidation, glapp, damm och andra faktorer under drift, vilket förbättrar utrustningens säkerhet, återspeglar utrustningens driftsstatus i rätt tid, kontinuerligt och noggrant och minskar utrustningens olycksfrekvens.
Figur 7 Elektrisk mätning av likströmssystem och batteri
6. Konfiguration av systemhårdvara
Online-temperaturövervakningssystemet består huvudsakligen av en temperatursensor och en temperaturinsamlings-/visningsenhet på utrustningslagret, en edge computing-gateway på kommunikationslagret och en temperaturmätningssystemvärd på stationskontrolllagret för att realisera online-temperaturövervakning av viktiga elektriska delar i krafttransformations- och distributionssystemet.
| Namn | Utseende | Typ | Parameterbeskrivning |
| Programvara för systemkonfiguration |  | Acrel-2000/T | Hårdvara: 4G minne, 500G hårddisk, Ethernet-port. Skärm: 21 tum, upplösning 1280*1024. Operativsystem: Windows 7 64-bitars förenklad kinesiska Ultimate. Databassystem: Microsoft SQL Server 2008 R2. Kommunikationsprotokoll: IEC 60870-5-103, IEC60870-5-104, Modbus RTU, Modbus TCP och andra internationella standardkommunikationsprotokoll |
| Smart kommunikationshanteringsmaskin |  | Anet-2E4SM | Universell gateway, 2-vägs nätverksport, 4-vägs RS485, valfri 1-vägs LORA, livelarmfunktion, stöd 485, 4G slavmodul expansion |
| Centraliserad insamlingsutrustning för trådlös temperaturmätning |  | Acrel-2000T/A | Väggmonterad Ett standard 485-gränssnitt, en Ethernet-port Inbyggt summerlarm Skåpstorlek 480*420*200 (enhet mm) |
 | Acrel-2000T/B | Hårdvara: minne 4G, hårddisk 128G, Ethernet-port Skärm: 12 tum, upplösning 800*600 Operativsystem: Windows 7 Databassystem: Microsoft SQL Server 2008 R2 Valfri webbplattform/APP-server Skåpets storlek är 480*420*200 (enhet: mm) | |
| Displayterminal |  | ATP007/ ATP010 | DC24V strömförsörjning; envägs upplänk RS485-gränssnitt; envägs nedlänk RS485-gränssnitt; Få 20 st ATC200/1 st ATC400/ 1 st ATC450-C. |
 | ARTM-Pn | Ytmonterad ram 96*96*17 mm, djup 65 mm; borrdiameter 92*92 mm; AC85-265V eller DC100-300V strömförsörjning; Enkelriktad upplänk RS485-gränssnitt, Modbus-protokoll; Få 60 st ATE100/200/300/400; matchar ATC200/300/450. | |
 | ASD320/ ASD300 | Ytram 237,5*177,5*15,3 mm, djup 67 mm; borrdiameter 220*165 mm; AC85-265V eller DC100-300V strömförsörjning; Enkelriktad upplänk RS485-gränssnitt, Modbus-protokoll; Få 12 st ATE100/200/300/400; matcha ATC200/300/450 | |
| Intelligent temperaturinspektionsinstrument |  | ARTM-8 | Borrdiameter 88*88 mm inbäddad installation; AC85-265V eller DC100-300V strömförsörjning; Enkelriktad upplänk RS485-gränssnitt, Modbus-protokoll; Kan anslutas till 8-vägs PT100-sensorer, lämpliga för temperaturmätning av lågspänningsbrytare, transformatorlindningar, klicklindningar etc.; |
 | ARTM-24 | 35 mm DIN-skenainstallation; AC85-265V eller DC100-300V strömförsörjning; Enkelriktad upplänk RS485-gränssnitt, Modbus-protokoll; 24 kanaler med NTC eller PT100, 1 kanal för temperatur- och fuktighetsmätning, 2 kanaler för relälarmutgång, används för temperaturmätning av lågspänningskontakter, transformatorlindningar, klicklindningar och andra platser; | |
| Trådlös sändtagare |  | ATC450-C | Ta emot data från 60 st ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P-sensorer |
 | ATC600 | ATC600 har två specifikationer: ATC600-C kan ta emot data från 240 st ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ ATE100P/ATE200P-sensor. ATC600-Z har transparent reläöverföring. | |
| Batterityp Trådlös temperatursensor |  | ATE100M | Batteridriven, livslängd ≥ 5 år; -50°C~+125°C; noggrannhet ±1°C; 470 MHz, öppningsavstånd 150 meter; 32,4*32,4*16 mm (längd*bredd*höjd) |
 | ATE200 | Batteridriven, livslängd ≥ 5 år; -50°C~+125°C; noggrannhet ±1°C; 470 MHz, öppningsavstånd 150 meter; 35*35*17 mm, L=330 mm (längd*bredd*höjd, trefärgat armband). | |
 | ATE200P | Batteridriven, livslängd ≥ 5 år; -50°C~+125°C; noggrannhet ±1°C; 470 MHz, öppningsavstånd 150 meter, skyddsklass IP68; 35*35*17 mm, L=330 mm (längd*bredd*höjd, trefärgat armband). | |
| CT-strömförsörjande trådlös temperatursensor |  | ATE400 | CT-induktionsströmförsörjning, startström ≥5A; -50℃~+125℃; noggrannhet ±1℃; 470 MHz, öppningsavstånd 150 meter; fast legeringsplåt, strömförsörjning; trefärgat skal; 25,82*20,42*12,8 mm (längd*bredd*höjd). |
| Trådbunden temperatursensor |  | PT100 | Vid användning för mätning av lågspänningskontakttemperatur, vänligen kontakta leverantören för specifikt paket, noggrannhet, ledningssystem, ledningsmaterial och ledningslängd; Vid användning för temperaturmätning av transformator- och motorlindningar rekommenderas att Pt100 förinbäddas inuti transformatorn eller motorn. |
 | NTC | Vid användning för mätning av lågspänningskontakttemperatur, vänligen kontakta leverantören för specifikt paket, noggrannhet, ledningssystem, ledningsmaterial och ledningslängd; Vid mätning av transformator- och motorlindningstemperatur rekommenderas att transformatorn eller motorn förinbyggs. |
7. Slutsats
Tack vare den kontinuerliga utvecklingen av sensorer, trådlös datakommunikation, datautvinning och andra tekniker kommer realtidsövervakningssystem för högspänningselektrisk temperatur att bli mer vetenskapliga. Med tillämpningen och populariseringen av trådlösa temperaturmätningssystem är vårt lands kraftindustri också mer stabil och säker, och dess tekniska framsteg har bidragit till vårt lands utveckling.
Referenser:
[1] Acrel Enterprise Microgrid Design and Application Manual. Version 2022.05
Publiceringstid: 2 maj 2025