1、引言

電力系統(tǒng)安全運(yùn)行關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。近年來，電廠自動(dòng)化、信息化飛速發(fā)展，加快了對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度檢測(cè)技術(shù)的研究。一系列的開關(guān)柜的溫度無線監(jiān)測(cè)技術(shù)也因此應(yīng)運(yùn)而生，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠、變電站、動(dòng)力車間最重要的電氣設(shè)備，每個(gè)開關(guān)柜都有多個(gè)進(jìn)出線接頭盒開關(guān)觸頭。在運(yùn)行過程中，開關(guān)的觸點(diǎn)、母線連接頭等部位因長(zhǎng)期負(fù)荷較大、老化等原因會(huì)導(dǎo)致接觸電阻過大而發(fā)熱。由于開關(guān)柜密閉運(yùn)行、內(nèi)部空間狹小和絕緣保護(hù)等原因，這些發(fā)熱部位的溫度在運(yùn)行狀態(tài)下幾乎無法監(jiān)測(cè)，最終可能會(huì)因過熱造成火災(zāi)和大面積停電事故的發(fā)生。因此，設(shè)計(jì)一套高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)是勢(shì)在必行。

為解決光纖式電力開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在信息傳輸時(shí)存在的有效傳輸距離短、容易出現(xiàn)灰塵漏電等問題，根據(jù)設(shè)備的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，提出了一種采用無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)通信傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆墙佑|檢測(cè)方式。此方式可有效地提高光纖式電力開關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)信號(hào)的有效傳輸距離，避免了采用有線方式進(jìn)行信息傳送的復(fù)雜性與危險(xiǎn)性，具有很好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵字：高壓開關(guān)柜，溫度測(cè)量，無線2G/3G/4G DTU，數(shù)傳終端

   2、高壓開關(guān)柜

    高壓開關(guān)柜是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷、控制或保護(hù)等作用，高壓開關(guān)柜按作電壓等級(jí)在3.6kV~550kV的電器產(chǎn)品，高壓隔離開關(guān)與接地開關(guān)、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓自動(dòng)重合與分段器，高壓操作機(jī)構(gòu)、高壓防爆配電裝置和高壓開關(guān)柜等幾大類組成。

3、應(yīng)用前景

近年來，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設(shè)備過熱而發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我國(guó)每年發(fā)生的電力事故，有40％是由高壓電氣設(shè)備過熱所致；而在采用高壓開關(guān)柜和電力電纜的供電系統(tǒng)中，有70％以上的電纜運(yùn)行故障是因?yàn)檫B接部位接觸電阻變大、過負(fù)荷等引起接頭溫度過高所致。因此，對(duì)高壓開關(guān)柜連接點(diǎn)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警是非常必要的。
     目前電廠高壓開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)有多種方式。近年來出現(xiàn)了采用2G/3G/4G無線傳輸方式進(jìn)行溫度采集的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滿足了非接觸檢測(cè)的要求，檢測(cè)系統(tǒng)中的通信控制器不僅能發(fā)送接收數(shù)據(jù)，而且具有了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、液晶顯示、報(bào)警等功能。

4、無線測(cè)溫系統(tǒng)與其它測(cè)溫方式的對(duì)比優(yōu)勢(shì)

（1）普通測(cè)溫

常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫方式，需要金屬導(dǎo)線傳輸信號(hào)，絕緣性能不能保證。

無線測(cè)溫具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點(diǎn)上，準(zhǔn)確測(cè)量高壓觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度。

（2）紅外測(cè)溫

紅外成像儀無法透過柜門測(cè)量?jī)?nèi)部設(shè)備，開關(guān)柜運(yùn)行時(shí)必須關(guān)閉柜門，導(dǎo)致紅外方式無法測(cè)量。

無線測(cè)溫系統(tǒng)溫度傳感器直接安裝到帶點(diǎn)物體的表面，可在封閉的柜體內(nèi)直接測(cè)量設(shè)備溫度后，以無線網(wǎng)絡(luò)方式傳出。

（3）光纖測(cè)溫

   光纖式溫度測(cè)溫儀采用光纖傳遞信號(hào)，其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測(cè)溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折、易斷、不耐高溫。積累灰塵后易使絕緣性能降低，且在柜內(nèi)布線難度較大，造價(jià)高。

  無線測(cè)溫系統(tǒng)沒有復(fù)雜的引線，完全絕緣，造價(jià)低廉。

5、無線測(cè)溫系統(tǒng)組成

   測(cè)溫系統(tǒng)由無線測(cè)溫終端、無線測(cè)溫集中器、才茂無線2G/3G/4G DTU傳輸模塊和上層溫度監(jiān)測(cè)管理中心構(gòu)成。無線測(cè)溫終端負(fù)責(zé)對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度進(jìn)行采集，并通過無線ZigBee傳輸模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。無線測(cè)溫集中器負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的接收、處理，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件采用C#編程，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問，以便集中管理和最優(yōu)控制。同時(shí)將監(jiān)控計(jì)算機(jī)所采集到的溫度數(shù)據(jù)利用才茂無線2G/3G/4G DTU遠(yuǎn)程傳輸?shù)缴蠈訙囟缺O(jiān)測(cè)管理中心，并在溫度監(jiān)測(cè)管理中心計(jì)算機(jī)中進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、分析與報(bào)警。

圖一

   此方案的高壓開關(guān)無線測(cè)溫系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分散地域的多個(gè)高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行集中有效監(jiān)測(cè)，能大大提高高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行。

圖二  系統(tǒng)拓?fù)鋱D

6、無線測(cè)溫系統(tǒng)的功能優(yōu)勢(shì)

1）通信的先進(jìn)性——采用先進(jìn)的數(shù)字化及無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，獨(dú)特的絕緣性能，使用方便經(jīng)濟(jì)；

2）通信的可靠性——通信系統(tǒng)要長(zhǎng)期經(jīng)受惡劣環(huán)境例如較強(qiáng)的電磁干擾和高溫的考驗(yàn)，并保持通信的暢通；

3）雙向通信——不僅能實(shí)現(xiàn)信息量的上傳，還要實(shí)現(xiàn)控制量的下達(dá)；

4）多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長(zhǎng)，主站到子站、子站到終端之間通信對(duì)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高；

5）通信的靈活性和可擴(kuò)展性——標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，可方便擴(kuò)展與其它系統(tǒng)互聯(lián)，費(fèi)用低廉，安裝靈活。

7、才茂ZigBee的介紹

廈門才茂工業(yè)級(jí)Zigbee按照惡劣環(huán)境要求設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的抗干擾能力、低功耗、組網(wǎng)靈活，性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)和特性。Zigbee是一個(gè)將RS232串口設(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備。才茂Zigbee設(shè)備支持3種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，根據(jù)用戶自己的實(shí)際需要進(jìn)行選定。Zigbee包括三種類型：協(xié)調(diào)器(Coordinator)、 路由器(Router)、終端節(jié)點(diǎn)（End Device），這三類設(shè)備具備不同的網(wǎng)絡(luò)功能，協(xié)調(diào)器時(shí)網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)；終端節(jié)點(diǎn)只進(jìn)行本節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在一個(gè)Zigbee應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中，需要一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)路由器或者終端節(jié)點(diǎn)組成。

8、才茂DTU無線數(shù)傳終端介紹

DTU(Data Transfer Unit),全稱數(shù)據(jù)傳輸單元,為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)級(jí)無線終端設(shè)備。產(chǎn)品采用高速高性能工業(yè)級(jí)ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構(gòu)高性能嵌入式處理器，以實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，超大內(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，DTU 產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)觸發(fā)上線以及超時(shí)自動(dòng)斷線的功能。同時(shí)也支持雙數(shù)據(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)等功能。

8.1、才茂DTU功能的優(yōu)勢(shì)

1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)不同接口需求。

 2）完善的網(wǎng)絡(luò)支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網(wǎng)絡(luò)，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求。

 3）三層系統(tǒng)保護(hù)：在原來兩級(jí)（軟件保護(hù)+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護(hù)）系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測(cè)保護(hù)功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

 4)金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計(jì)；符合電力安規(guī)要求；防護(hù)等級(jí)為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。

 5）完全工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)生產(chǎn)，支持寬電壓5-32V供電。

 6）通信模塊均采用工業(yè)級(jí)無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認(rèn)證或者FCC認(rèn)證或者CE認(rèn)證

 7）高速處理CPU：采用高速性能工業(yè)級(jí)CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機(jī)”、“當(dāng)機(jī)”等疑難問題。

 8)超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號(hào)內(nèi)存不同），有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。

 9)DNS自動(dòng)獲取：自動(dòng)獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規(guī)避了因?yàn)檫x擇的DNS服務(wù)器異常而導(dǎo)致DTU設(shè)備當(dāng)機(jī)的嚴(yán)重現(xiàn)象。

 10）完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。

11） EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測(cè)試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測(cè)試；

12） 支持短信遠(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)程控制；支持短消息告警；

13） 智能防掉線。支持在線檢測(cè)，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)埽_保設(shè)備永遠(yuǎn)在線；

14） 支持批量配置功能；