基于无线2G/3G/4G网络传输实现高压开关柜温度监测的系统应用方案

▋引言

电力系统安全运行关系到国民经济的稳定发展。近年来，电厂自动化、信息化飞速发展，加快了对高压开关柜内的温度检测技术的研究。一系列的开关柜的温度无线监测技术也因此应运而生，并且发挥着越来越重要的作用。高压开关柜是发电厂、变电站、动力车间最重要的电气设备，每个开关柜都有多个进出线接头盒开关触头。

在运行过程中，开关的触点、母线连接头等部位因长期负荷较大、老化等原因会导致接触电阻过大而发热。由于开关柜密闭运行、内部空间狭小和绝缘保护等原因，这些发热部位的温度在运行状态下几乎无法监测，最终可能会因过热造成火灾和大面积停电事故的发生。因此，设计一套高压开关柜无线测温系统是势在必行。 

为解决光纤式电力开关柜温度实时监测系统在信息传输时存在的有效传输距离短、容易出现灰尘漏电等问题，根据设备的设计特点，提出了一种采用无线2G/3G/4G网络通信传输方式进行数据远程传输的非接触检测方式。此方式可有效地提高光纤式电力开关柜温度实时监测系统信号的有效传输距离，避免了采用有线方式进行信息传送的复杂性与危险性，具有很好的应用前景。

▋高压开关柜

高压开关柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，高压开关柜按作电压等级在3.6kV~550kV的电器产品，高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。

▋应用前景

近年来，电力系统已发生多起因设备过热而发生火灾和大面积停电事故。据统计分析，我国每年发生的电力事故，有40％是由高压电气设备过热所致；而在采用高压开关柜和电力电缆的供电系统中，有70％以上的电缆运行故障是因为连接部位接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高所致。因此，对高压开关柜连接点的温度变化进行实时监测及预警是非常必要的。

 目前电厂高压开关柜触头温度监测有多种方式。近年来出现了采用无线电传输方式进行温度采集的监测系统，满足了非接触检测的要求，检测系统中的通信控制器不仅能发送接收数据，而且具有了数据存储、液晶显示、报警等功能。

▋无线测温系统与其它测温方式的对比优势

（1）普通测温
常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，需要金属导线传输信号，绝缘性能不能保证。
无线测温具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜的高压，因此能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度。

（2）红外测温
红外成像仪无法透过柜门测量内部设备，开关柜运行时必须关闭柜门，导致红外方式无法测量。
无线测温系统温度传感器直接安装到带点物体的表面，可在封闭的柜体内直接测量设备温度后，以无线网络方式传出。

（3）光纤测温
   光纤式温度测温仪采用光纤传递信号，其温度传感器安装在带电物体的表面，测温仪与温度传感器间用光纤连接。光纤具有易折、易断、不耐高温。积累灰尘后易使绝缘性能降低，且在柜内布线难度较大，造价高。
  无线测温系统没有复杂的引线，完全绝缘，造价低廉。

▋无线测温系统组成

测温系统由无线测温终端、无线测温集中器、才茂无线2G/3G/4G DTU传输模块和上层温度监测管理中心构成。无线测温终端负责对高压开关柜内的温度进行采集，并通过无线ZigBee传输模块进行实时发送数据。无线测温集中器负责对数据的接收、处理，并通过RS485总线将数据传输给监控计算机。监控计算机软件采用C#编程，实现监测数据的显示和数据库的访问，以便集中管理和最优控制。同时将监控计算机所采集到的温度数据利用才茂无线2G/3G/4G DTU远程传输到上层温度监测管理中心，并在温度监测管理中心计算机中进行显示、存储、分析与报警。

图一（工作原理图）

此方案的高压开关无线测温系统，能够实现对分散地域的多个高压开关柜内温度进行集中有效监测，能大大提高高压开关柜的安全运行。

图二（系统拓扑图）

▋无线测温系统的功能优势

1）通信的先进性——采用先进的数字化及无线2G/3G/4G网络传输技术，独特的绝缘性能，使用方便经济；

2）通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境例如较强的电磁干扰和高温的考验，并保持通信的畅通；

3）双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达；

4）多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高；

5）通信的灵活性和可扩展性——标准化设计，可方便扩展与其它系统互联，费用低廉，安装灵活。

▋才茂ZigBee的介绍

厦门才茂工业级Zigbee按照恶劣环境要求设计，具有极强的抗干扰能力、低功耗、组网灵活，性能可靠稳定等优点和特性。Zigbee是一个将RS232串口设备的串口通信立即转换为Zigbee无线网络通信的双向转换传输设备。才茂Zigbee设备支持3种数据传输协议，根据用户自己的实际需要进行选定。Zigbee包括三种类型：协调器(Coordinator)、 路由器(Router)、终端节点（End Device），这三类设备具备不同的网络功能，协调器时网络的中心节点，负责网络的发起组织、网络维护和管理功能；路由器负责数据的路由中继转发；终端节点只进行本节点数据的发送和接收。在一个Zigbee应用网络中，需要一个协调器和多个路由器或者终端节点组成。

▋才茂DTU无线数传终端介绍

DTU(Data Transfer Unit),全称数据传输单元,为用户提供高速、永远在线、TCP/UDP 透明数据传输的工业级无线终端设备。产品采用高速高性能工业级ARM9 嵌入式处理器或者X86 架构高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP 协议栈，为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换、虚拟专用网络的系统应用。

针对网络流量控制的用户，DTU 产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。

▋才茂DTU功能的优势

1)丰富的接口类型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 满足客户应用现场不同接口需求。

2）完善的网络支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大无线网络，满足不同行业客户的全方面需求。

3）三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠

4)金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。

5）完全工业级设计生产，支持宽电压5-32V供电。

6）通信模块均采用工业级无线模块，所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证

7）高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。

8)超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。

9)DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常而导致DTU设备当机的严重现象。

10）完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。

11）EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；

12）支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警；

13）智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线；

14）支持批量配置功能；

▋DTU系列产品资质与检测
1、无线通信在线维持专利技术

2、摩尔实验室高低温检测报告

3、福建省产品质量检验研究院检测

4、著作版权证书

5、EMC检测报告

6、国家强制3C认证

7、DTU创新产品奖

8、深圳比亚迪用户测试报告

▋才茂资质

• 公司荣誉
  2009 年公司GPRS DTU 产品被评为“创新产品奖”；
  2011 年被评为“中国工控行业客户满意最好供应商”；
  2012 年公司成为“中国质量万里行”会员；
  2013 年公司成为“智能输配电设备产业技术创新战略联盟”会员；
  2010 年被国家认定的高新科技企业；
  2010 年被国家认定的双软企业企业；
  公司拥有1 项保持设备稳定的专利技术证书和12 个软件著作版权证书；
  全国设立了9 大区域办事处，66个代理商，方便为客户提供近距离贴心服务；
  公司注册资本1280 万；厦门市重点扶持高新科技企业；
  12 年的行业研发积累和行业应用考验。

▋结束语
现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备异常或故障常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大的意义。随着无线测温系统的发展和应用，基于2G/3G/4G网络的无线测温系统是目前世界上最先进、最有效的温度在线监测系统，特别是在电力系统、石油化工、交通运输、工业消防等领域得到广泛的使用。