浅谈35kv高压开关柜无线测温技术应用

安科瑞 刘迈

　　摘要：当前，我国经济技术水平正在快速发展，能源工业也取得了显著进步。无线测温技术在高压开关中的应用日益广泛。高压变电站是电力线路上传输和分配电能的重要设施，包括断路器等一次设备以及相关的二次保护设备。这些设备在发电、输电、变电、配电及电力系统改造过程中发挥着关键的启闭、控制和保护作用。当电气系统中的设备和线路发生故障时，开关能够迅速、有效地切断故障电缆，确保系统可靠接地，保障人员安全。然而，部分电气柜在恶劣条件下长期运行，高温、高压、潮湿环境易削弱其绝缘性能，引发其他关键设备故障或损坏，甚至可能导致停电。因此，开关柜的正常运行对配电网的安全运行至关重要。

　　关键词：高压开关柜；无线测温；技术；应用

　　0 引言

　　随着能源市场需求的不断增长，对能源供应的稳定性和能源系统的可靠性提出了更高要求。高压开关柜广泛采用新技术、新工艺，显著提高了可靠性。气态六氟化硫因其良好的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于高压开关设备中。然而，全封闭高压开关柜散热性能较差，长期重载下易产生热量积聚，影响电气设备绝缘性能。在更换静触头、闭合接地刀闸等操作时，由于无法测量柜内温度，存在重大安全隐患。通过直接监测高压开关柜的导轨和电缆接头温度，可以有效减少因过热引发的火灾和停电事故。

　　目前，市场无线测温技术分为 CT 感应取电、电池供电、声表面波测温、RFID 射频无源测温等多条技术路线。传统 CT 感应取电传感器需要一次回路具备一定负荷电流才能启动测温，电池供电产品存在高温老化、定期停电更换电池等运维压力。安科瑞 ATE800 系列 RFID 无线测温装置专为 10kV/35kV 中压开关柜研制，采用高频 RFID 射频电磁波获取能量，无需电池、无需 CT 取电，可对母排搭接点、断路器触头、电缆接头等关键发热部位进行实时在线监测，为封闭式高压柜温度监测提供了新的技术方案。

　　1 高压开关柜无线测温技术的特点

　　1.1 稳定安全性

　　在使用 35kV 高压开关柜时，应根据实际情况选用无线温度传感器。无线传感器在温度测量方面具有技术和体积优势，确保了测温过程的安全性。无线测温传感器通常能达到 20 米以上的检测距离，有效保障了测温的稳定性和测温人员的人身安全。

　　针对高压强电场环境，RFID 无源测温方案具备突出安全优势。以安科瑞 ATE800 系列传感器为例，依靠射频电磁波获取工作能量，传感器本体无电池、无二次接线，从根源消除电池漏液、线缆老化带来的绝缘隐患，不改变开关柜原有绝缘结构，满足高压设备本质安全的要求。

　　1.2 高精度

　　采用无线温度传感器测量 35kV 高压开关柜的温度，可获得更准确的温度信息。传感器通过接触面测量温度，能够准确、稳定地实时检测测温点的温度，并及时发送相关信息，有效保证了数据传输的完整性和测量精度，显著提高了 35kV 高压开关柜运行的稳定性。

　　安科瑞 ATE800‑B/U 测温传感器测温范围‑40℃~125℃，测温精度 ±1℃，可以捕捉接点微小温升变化；每只传感器具备 ID 编码，实现测点与温度数据一一对应，避免多测点数据混淆，保障测温数据的准确性。

　　1.3 灵活性

　　在使用无线温度传感器检测 35kV 高压开关柜温度时，由于不同传感器数量独立且采用分频技术，确保了各传感器之间的数据不会相互干扰，通信质量稳定。无线传感器体积小、易安装，可对各种不易测温的点位进行实时测温，显著提高了测温技术的灵活性。

　　安科瑞 ATE800 系列提供两种传感器形态：表带式 ATE800‑B 适合断路器触头、电缆接头；螺栓式 ATE800‑U 适配母排搭接螺栓点位。两种传感器体积小巧，表带式可捆扎固定，螺栓式可直接替换原有紧固螺栓，支持不停电改造施工，适配新建开关柜与存量老旧开关柜改造项目，可灵活布置在触头、母排、电缆鼻等狭小、不易接触的发热位置。

　　1.4 易用性

　　无线温度传感器可实现实时数据传输，有效连接各种接口，实现无缝数据交换，便于人员与数据接收系统的集成，有效采集 35kV 开关柜实时温度数据。操作流程简单便捷，大大减轻了工作人员的工作压力。

　　配套 ATC800 接收器支持 RS485、以太网通讯接口，兼容 Modbus‑RTU、Modbus‑TCP 协议，可直接接入变电站后台监控系统、电力物联网平台；接收器支持 35mm 导轨安装，可直接布置在开关柜二次仪表室，现场调试简单，支持超温、温升速率双阈值报警，继电器输出告警信号，方便现场联动声光告警装置，降低运维人员工作负担。

　　2 高压开关柜无线测温技术应用意义

　　电气设备、开关、断路器等导电连接件若松动或接触不良，会导致设备内部温度升高，元件性能下降，电线熔化，绝缘破坏，进而损坏电气设备，严重威胁电网安全。随着电力行业的不断发展，电力系统中无人值守变电站日益增多，对变电站数据的监控要求也更为严格。然而，目前电厂主要设备的温度监测仍处于起步阶段，观测范围有限。尤其是室内设备的温度监测，仍处于 “盲区"，技术水平相对落后。

　　目前，变电站内的高压设备多为封闭式，传统测温方法难以实施。部分设备虽采用红外线通风口和温度计，但存在诸多局限，如无法实时采集和传输数据，对电气系统隔离性能要求高，无法直接连接高压设备，精度有限，且需人工检查。尽管这种方法相对安全，但传统测温方式已无法满足无人值守现场对关键设备位置的实时监控需求。因此，研发一种安全、可靠、应用广泛的温度测量系统，以实时监测重要设备（尤其是封闭设备）主要部件的温度，及时发现潜在故障，并采取措施预防新事故的发生，这对于确保电网安全运行至关重要。

　　安科瑞 ATE800 RFID 无源无线测温系统很好的适配该类场景：整套系统由 \\ 传感器（ATE800‑B/U）、特高频天线（ATC800‑ANT）、接收器（ATC800‑4/8）\\ 组成。接收器通过天线向外发射特高频电磁波，无源传感器接收到射频场能量后唤醒，采集测点温度并将温度、设备 ID 通过射频信号回传给天线与接收器，接收器完成数据解析、存储、报警、上送后台，实现 7×24 小时不间断在线监测，填补密闭高压柜内部温度监测盲区，契合无人值守变电站的运维需求。

图1 高压开关柜 - RFID测温方案

　　3 35kV 高压开关柜常用无线测温传感器的原理及技术

　　3.1 无线测温的原理

　　无线测温技术涉及多种传感器，如温度传感器、红外温度传感器、半导体传感器、表面温度传感器及无源无线传感器等。热敏电阻传感器的工作原理基于电阻随温度变化的特性，但其存在非线性、温度范围窄、易老化、使用寿命短等缺点，且精度和稳定性会随使用时间下降。红外测温仪采用非接触式测温，不影响被测物体状态，但响应时间较长。半导体传感器具有高安全性、高精度和高可靠性，特别是采用被动测温、无线传输方式测量柜体温度，具有体积小、功耗低的优势，但信号传输距离短，且传输过程中不能有障碍物，测量点移动或振动会影响测温准确性。

　　EH 能量收集技术的无源无线传感器通过能量收集获取电力，无需电池或传统电源变压器，功率平衡方法确保高压网络的安全可靠。EH 技术具有循环利用、低能耗的特点，是无线测温技术的发展方向。

　　RFID 射频无源测温是另一种重要的无源技术路线，代表产品如安科瑞 ATE800 系列。工作原理：ATC800 接收器通过 ATC800‑ANT 特高频天线向外发射 840‑960MHz 特高频射频电磁波；柜内 ATE800‑B/U 无源传感器接收到射频场能量，完成唤醒、温度采集；随后将温度数据、传感器 ID 以射频信号反向散射传回天线，接收器解调后输出数字温度信号。传感器本身不带电池，依靠射频场供给能量，既不需要从高压导体取感应电流，也无需布置二次信号线，适合一次回路负荷长期偏低的开关柜测温场景，弥补 CT 感应取电类传感器在小电流工况下无法启动测温的短板。

　　3.2 温度场分析

　　主总线连接器因接触电阻产生大量热量。由于电路接触电阻大及真空电弧位于灭弧室内，不与外部空气进行热交换，断路器温度高。采用弹簧触点时，元件尺寸更小，热阻更大，导致触点附近温度更高。柜室设有进风口，确保通风良好，但上柜相对封闭，上下静触头温差可达 35℃。电流越大，上下柜温差越大。由于送风位于主机柜内，且上下机柜间有封闭隔断，热量不易在导轨区域扩散。在温度较高时，增加通孔可使热量分布更均匀。

　　针对上述发热分布特点，安科瑞 ATE800‑B 表带式传感器可绑扎安装断路器上下静触头；ATE800‑U 螺栓式传感器安装母排搭接螺栓以及电缆接头，对温差大的触头、母排、电缆接头点位全覆盖，实现不同位置温度对比，便于运维人员分析相间温差、温升速率等故障特征量，更早识别接触缺陷隐患。

　　3.3 无线测温节点设计

　　①温度检测功能：本系统选用的无线温度传感器主要用于检测高压开关柜内的实时运行温度。传感器与测量点紧密连接，能准确、及时地采集温度数据。在温度变化小且稳定时，采用周期传输方式发送数据；当温度变化时，传输方式和内容会相应调整。

　　②报警功能：当温度测量值高于或低于设定值时，系统会自动报警。安科瑞 ATC800 接收器除支持固定温度阈值报警外，还支持温升速率告警，能够捕捉快速异常升温，比单纯定值报警更有利于发现突发性接触故障。

　　③通讯功能：温度测量节点通过无线电传输将采集的数据发送至预定接收站，接收站再将数据转发至监控中心。ATC800 接收器同时具备 RS485 以太网双接口，兼容主流电力监控规约，便于接入综保后台、Acrel‑2000T 测温监控平台。

　　④订阅功能：在设备上设置订阅功能后，系统将按设定的时间间隔定期向基站发送数据。

　　⑤查询功能：基站可独立查询测温节点的工作状态，无需外部协助。

　　⑥定义功能：系统设置允许记录特定时间段内的温度读数。在其他情况下，无线温度传感节点可进入睡眠或省电模式以降低功耗。

　　ATE800 无源 RFID 传感器依靠射频场激活，无内置睡眠芯片；采样周期可在接收器侧配置，100ms‑3200ms 可调，兼顾响应速度与射频通讯负载，完整实现温度采集、阈值告警、数据上传、历史记录等节点功能。

　　4 无线测温的技术特点

　　无源无线测温系统的技术参数揭示了其独特的工作原理。当交流电通过导体（如铁轨）时，会在其附近产生交变磁场。以往，这些磁场能量往往被浪费掉。而现在，通过一种特殊的金属带设计，这些磁场能量可以被捕获并用于为系统供电。金属带上装有线圈，当电流增强时，会释放足够的能量，通过无线网络传递给微控制器 (MCU)。这种传感器利用原本无用的交流磁场为 MCU 供电，实现了无电池、长寿命 (超过 35 年) 的运行，且几乎无需维护。与普通的硅钢片不同，该系统中的特殊合金具有较短的线性范围。当磁场达到饱和时，即使初级电流继续增大，次级电流也不会增加，从而避免了涡流的形成和温度的升高。

　　除 CT 感应取电无源方案外，RFID 射频无源方案也在 35kV 开关柜得到大量工程应用，以安科瑞 ATE800 系列为例：

　　本质安全无源设计：ATE800‑B/U 传感器依靠特高频射频电磁波获取能量，无电池、无 CT 线圈，规避电池高温失效、CT 磁饱和发热等风险，适合新建与改造高压柜；

　　安装形态丰富：表带式 ATE800‑B 适合断路器触头、电缆接头绑扎；螺栓式 ATE800‑U 适配母排搭接螺栓；传感器防护等级 IP67，适应柜内潮湿、粉尘环境；

　　抗干扰通讯：采用 UHF 特高频（840‑960MHz）无线通讯，接收器灵敏度小于‑78dBm，在开关柜金属屏蔽腔体环境下，配合特高频天线合理布置，保障信号可靠接收；

　　接口开放性强：ATC800 接收器支持 RS485、以太网，Modbus‑RTU/TCP 协议，可与第三方监控平台对接；2 路继电器无源告警输出，可对接现场声光报警装置；单台接收器最多支持 240 个测温点位，满足多面开关柜集中监测；

　　告警模式多样：支持固定温度阈值告警、温升速率告警，能够识别缓慢发热与突发性过热两类故障模式，满足变电站状态监测需求。

　　无源无线温度计体积小巧，安装后其高度与动铁接触环的高度相当，对电气设备的绝缘距离或安全无影响。其信号传输距离可达 20 米以上，且中间无需嵌入接收器、电缆或传感器天线，既安全又不影响用电设备。我国的无线测量装置多采用进口高精度数字传感器元件，且全部采用非接触式测温，大大提高了测量精度。所有数据传输操作都应经过严格审查，以确保数据的准确性，避免传输错误导致温度测量不准确。该传感器体积小，适用于动触头、静触头、变压器输入输出线、刀闸开关等多种场合。多传感器安装形式也保证了施工过程的便捷性。所有传感器在出厂时都拥有编号，只需在接收设备上进行简单配对即可使用。传感器系统采用频率复用技术，每个传感器使用相同的频率范围进行通信，且带宽需求不超过 20ms。此外，无源无线温度传感器还与其他环境传感器 (如温湿度传感器、位移传感器等) 采用相同的通信架构，可以共享接收器设备，方便用户安装传感器来检测其他物理量。同时，系统还集成了 MODBUS、61850 等标准接口，可以与其他厂家的设备进行通信。提供多种共享接口，方便与其他平台进行数据交换。系统还具备 RS485、TCP/IP、RS232 等多种通讯接口，以及不同的显示界面，以增加用户便利性。无源无线温度计克服了电池电量有限的缺点，即使在较高温度下也能保持良好的数据传输性能。其温度测量范围为‑45℃至 125℃，制造商仍在不断改进，未来温度范围有望扩展至‑45℃到 135℃。

　　5 35kV 高压开关柜结构优化方案及措施

图2 就地壁挂式集中显示方案

图3 就地壁挂式集中显示方案

图3 无线测温系统

　　5.1 保证空气净距

　　近年来，高压开关柜局部放电现象频发，导致再放电、绝缘储备不足、温升过高等问题。其中 60% 的故障是由于开关柜内隔离距离不够、绝缘性能差造成的。开关柜绝缘损坏的形式多种多样，包括外绝缘对地、内绝缘对地、相间绝缘跳变、套管倾覆、污染爆炸、故障爆炸、过电压和雷电流等。针对传统接地开关传动轴与 C 相负载电气间隙不足的问题，我们提出了一种改进方案。采用全新设计的地刀导条，确保 C 相带电部分与地之间的电气距离不小于 300mm。这不仅保证了机械锁紧的可靠性，还增加了电缆室导体与地板之间的气隙。为避免因复合绝缘措施和气隙不足而导致绝缘磨损引发事故，应确保母线室、电缆室所有导体之间以及各相与地之间的气隙不小于 300mm。通过增大气隙，可以显著提高开关柜运行的安全性和可靠性。同时，该装置还结合北京系列控制箱的小型化特点和老款 JYN1‑40.5、GBC‑40.5 控制箱的空气绝缘优点。

　　在进行空气净距优化同时，选用的测温传感器本体尺寸不得压缩带电体对地、相间安全距离。安科瑞 ATE800‑B/U 传感器本体小巧，表带 / 螺栓固定后不侵占空气绝缘间隙，不会改变开关柜原有电场分布，在柜体完成绝缘净距整改后可直接加装，不破坏已完成的绝缘优化效果。

　　5.2 断路器室门联锁装置

　　机械联锁是一种传统方法，用于防止五类高压电气设备在使用或启动过程中因机械装置或相关机构的运动而发生意外闭锁。然而，由于变电站、变压器、母线等高压配电柜缺乏接地开关，柜底门与后接地开关之间并未设置有效的机械联锁。只需松开螺丝，便可直接打开后柜门。若柜门处于打开状态，甚至仍能进行电源传输，这无疑增加了技术人员误入或误操作电厂的风险，进而可能引发安全事故。当运行时，前门被锁定在站台锁内，无法随意打开。在打开前门之前，需先将其移至测试位置，然后拧紧锁闩并松开链条。此外，该锁还配备了机械锁定装置，以满足顺序操作的锁定要求。实际应用表明，装有锁定装置的断路器室门在故障预防方面取得了显著改进，有效降低了故障发生率，提升了安全性和可靠性。

　　加装无线测温装置可和门联锁装置配合，当柜门正常闭锁，测温系统持续在线监测；当柜门打开检修，运维人员可通过后台查看检修前后接点温度基线，便于对比检修效果；ATE800 系列整套装置全部布置在柜体内部，天线布置避开柜门联锁机构，不会干涉原有机械联锁动作逻辑，不改变开关柜五防性能。

　　5.3 控制回路

　　高压开关设备是电力系统中至关重要的设备之一，承担着控制和保护电力线路的重要任务。在高压开关柜中，主要控制方案分为储能、合闸和分闸三种类型。基于这三种基本控制回路，其他控制回路得以开发和应用。

　　储能电路在高压配电柜断路器合闸时提供所需能量。由于断路器合闸需要消耗大量电能，因此储能电路负责储存电能以确保断路器的正常工作。合闸回路的作用是确保控制箱在运行时能够手动或电动合闸。手动合闸即指通过人工操作进行合闸，而电动合闸则是通过电气方式实现合闸。正常情况下，这些功能保证了交换机的稳定运行。

　　分闸回路的主要作用是防止短路情况的发生。分闸是指断路器在一定条件下自动断开，以确保电路和设备的安全。分闸回路会根据与工作条件不匹配的断开模式执行相应功能，并激活安全模式以防止误断开。在发生大规模停电时，高压开关柜内的电力会全部丢失，这可能导致设备故障并削弱供电稳定性。因此，分闸回路的正确运行至关重要。它将保护装置、断路器和停机继电器整合在一起，确保高压控制箱在运行过程中不会因特殊情况而意外断开，从而保证有效使用。控制电路在高压开关设备中发挥着作用。储能电路负责发电，合闸电路承担手动和电动合闸功能，而分闸回路负责防止误断开。这些控制电路的正常运行是确保开关柜稳定运行和电气系统安全稳定的关键。

　　无线测温系统的告警继电器输出可以接入开关柜二次控制回路。安科瑞 ATC800 接收器提供 2 路无源继电器输出，可把超温、异常温升信号引入开关柜的二次回路，实现超温信号上传后台、现场声光告警联动，实现测温系统与开关柜原有控制保护系统协同工作，不干扰储能、合闸、分闸原有控制逻辑。接收器工作电源取自柜内 AC/DC 二次电源，一次设备故障失电状态下，测温传感器不再采集数据，符合高压设备二次电源设计规范。

　　6 结论

　　电能是由高低压开关装置产生的能量，在电能的传输、分配和转换中起控制和保护作用，这是影响能源系统安全稳定运行的因素。考虑到长期在高温、大电流下运行带来的风险，可以安装轴流风扇来提高输入风速，可以改善机架内的环境温度，防止部件老化。传统的无线测温技术已难以满足当前 35kV 高压柜的需求。高压开关设备作为电力系统中的核心设备，一旦出现故障，后果将十分严重。因此，35kV 高压开关柜采用了无线测温技术进行测量。该测量设备安装简便、快速且准确，测量结果更符合当今科学技术快速发展的要求。

　　无源无线测温已经成为高压开关柜温度在线监测主流方向，其中 CT 感应取电、RFID 射频无源两条技术路线各有适用场景。安科瑞 ATE800 系列 RFID 无线测温系统依靠射频取电，不受一次回路电流大小约束，具备安装灵活、不停电改造、多阈值报警、标准通讯接口等优势，尤其适合一次负荷波动大、小电流运行时间长的 35kV 开关柜。

　　未来，我们应结合实际工况，不断总结和研究测温技术使用中遇到的问题，根据开关柜一次负荷特性，合理选择 CT 感应取电或 RFID 射频无源等不同类型传感器，持续优化传感器安装位置与天线布置；同时结合柜体结构优化、五防联锁、二次控制回路，进一步测温系统，充分发挥在线监测的预警价值，保障 35kV 开关柜及配电网安全稳定运行。

　　参考文献

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　　[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2026.1月版