摘要
伴随国内电力行业持续发展，电网设备制造与运维水平得到不断提升，无线测温技术在高压开关设备当中得到越来越广泛的应用。高压变电站作为电能传输与分配的关键节点，配置有断路器等一次主设备以及配套二次保护装置，在发电、输电、变电、配电以及电网改造项目中承担着分合、控制、故障保护等核心职能。当电网出现设备或者线路故障时，高压开关能够快速切断故障回路，完成可靠接地保护，保障现场人员安全。但电气柜长期在高温、高电压、潮湿等复杂工况下运行，设备绝缘水平容易逐步劣化，诱发设备损坏，严重时造成区域性停电事故。由此可见，高压开关柜的健康运行，直接关系配电网整体安全。本文对比了当前主流无线测温技术路线，重点围绕 RFID 射频无源测温方案开展研究，结合 ATE800 系列射频无源测温装置，阐述其技术原理、产品选型、系统架构，同时结合柜体绝缘、机械联锁、二次回路的配套优化措施，为 35kV 封闭式高压开关柜温度在线监测工作提供技术参考。
关键词：35kV 高压开关柜；无源无线测温；RFID 射频；在线温度监测；开关柜运维
0 引言
电网负荷规模持续增长，社会对供电连续性与系统可靠性提出更高标准。现阶段高压开关柜大量采用新材料与新工艺，设备整体可靠性得到明显提升。六氟化硫气体凭借优异的绝缘与灭弧性能，在高压开关设备中得到普遍使用。不过全封闭结构也带来散热条件受限的问题，开关柜长期重载运行容易出现热量积聚，加速绝缘部件老化。在开展静触头更换、接地刀闸操作等现场作业时，柜内发热节点温度无法直接测量，给设备运维带来安全隐患。对开关柜母排、电缆接头、触头位置开展温度在线监测，能够有效降低过热起火、停电事故发生概率。
目前行业主流无线测温方案包含 CT 感应取电、电池供电、声表面波测温、RFID 射频无源测温等不同技术路径。传统 CT 感应取电传感器需要一次侧具备足够负荷电流才可以启动测温；电池供电类产品面临高温环境加速老化，更换电池往往需要停电作业，后期运维工作量大。安科瑞 ATE800 系列 RFID 无源无线测温装置专门针对 10kV、35kV 中压开关柜开发，依靠高频射频电磁波获取工作能量，既无需配置电池，也不依赖 CT 电流感应取电，可以对母排搭接位置、断路器触头、电缆接线端子等发热点位开展不间断在线监测，为封闭式高压柜测温提供另一种可行技术路径。
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| 产品名称 | 型号 | 主要介绍 | 产品图片 |
| 无源无线测温传感器 | ATE400 | 采用CT感应取电，无需电池，启动电流≥5A。测温范围-50~125℃，精度±1℃。适用于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处。 ||
| 电池型无线测温传感器 | ATE200 | 电池供电，寿命≥5年。测温范围-50~125℃，精度±1℃。适用于不易取电的场合。 ||
| 电池型无线测温传感器（户外） | ATE200P | 电池供电，寿命≥5年。测温范围-50~125℃，精度±1℃，防护等级IP68，适用于户外或潮湿环境。 |
| 多路无线测温传感器 | ATE300M | 导轨式固定，可用于3~35kV户内开关柜及0.4kV低压柜，支持多路测温。 ||
| RFID无源无线测温传感器 | ATE800 | 无源、无电池，通过射频识别技术供电，抗干扰能力强，适用于对绝缘要求高的10kV/35kV开关柜。 ||
| 复合型单回路无线测温传感器 | ATE210S | 可用于3~35kV户内开关柜及0.4kV低压柜，安装于柜内发热点上，利用无线数据传输技术实时发送监测数据。 ||
| 复合型多回路无线测温传感器 | ATE210M | 功能与ATE210S类似，但支持多回路温度监测。 |
| 无线测温采集装置 | ARTM-Pn | 可安装在高压柜、低压抽屉柜内，每台可接收最多60个传感器数据（部分型号可接收18个），带RS485接口，可将数据上传至监控中心。 ||
| 无线测温集中采集触摸屏 | ARTM-7062HT-4(HI) / Acrel-2000T/A | 可嵌入式安装在柜内，每台可接收240个传感器数据，带RS485和以太网口，用于集中显示温度数据。 | |
| 无线测温集中采集设备（壁挂式） | Acrel-2000T/B | 自带12寸触摸屏，可接入上千个测温点，具备Web服务、历史曲线、报表等功能，是站控层核心设备。 ||
| 温度巡检仪 | ARTM-8 | 用于多路Pt100温度测量，最多8通道，每通道对应2段报警，继电器输出。 ||
| 智能温度巡检仪 | ARTM-24 | 可接入24路NTC或PT100传感器，1路温湿度、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组等场所测温。 ||
| 显示终端 | ATP007 / ATP010 | DC24V供电，可接收20个ATC200或1个ATC400/ATC450-C的数据，用于就地显示。 ||
| 无线收发器 | ATC450-C | 可接收60个ATE系列传感器数据。 ||
| 无线收发器 | ATC600-C | 可接收240个ATE系列传感器数据。 ||
| 无线中继器 | ATC600-Z | 用于延长无线传输距离，空旷转发距离可达约1000米。 |
| 无线测温监控系统 | Acrel-2000T | 安装于值班监控室的系统软件，通过RS485总线或以太网与设备通讯，实现温度显示、曲线、报表、告警等功能，可远程监视所有开关设备运行温度状态。 | |
1 高压开关柜 RFID 无线测温技术核心特点
1.1 安全可靠性
针对 35kV 高压开关柜选型无线测温传感器，应当结合现场工况匹配设备，无线传感器本身体积小巧，在测温安全性上具备明显优势，信号传输距离可达 20m 以上，保障测量过程稳定，同时保障运维人员人身安全。
在高压强电场工况当中，RFID 无源测温方案的安全特性较为突出。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，设备本体不含电池，也不需要布设二次引线，从根源规避电池漏液、接线老化带来的绝缘风险，不会改动开关柜原有绝缘结构，满足高压设备本质安全设计要求。
1.2 测量精度
采用无线传感器采集 35kV 开关柜温度，能够获得准确度较高的现场数据。传感器紧贴被测元件表面采集温度，可以稳定实时获取测点温度并向外发送，保障数据传输完整，提升开关柜整体运行稳定性。
ATE800‑B/U 测温传感器测温区间‑40℃~125℃，测量精度 ±1℃，可以捕捉电气接点微小温升变化；每一只传感器拥有独立 ID 编码，实现测点位置和温度数据一一对应，避免多测点之间数据混淆，保证测温结果可靠。
1.3 部署灵活性
无线测温各个传感器相互独立，系统采用分频通信技术，不同传感器之间不会出现信号互相干扰，通信链路稳定。传感器体积小巧，安装方式简单，能够针对很多传统手段难以触及的位置开展监测。
ATE800 系列包含两种结构：表带式 ATE800‑B 适配断路器触头、电缆接头；螺栓式 ATE800‑U 用于母排搭接螺栓点位。两种传感器尺寸紧凑，表带式直接捆扎固定，螺栓式可以直接替换原有紧固螺栓，支持不停电改造施工，不管是新建开关柜，还是存量老旧柜改造项目都能够适用，可以灵活布置在触头、母排、电缆鼻等狭小发热部位。
1.4 工程易用性
无线测温支持实时数据上传，可以对接多种类型通讯接口，实现数据交互，方便和接收系统集成，高效采集 35kV 开关柜实时温度，操作简单，降低运维人员工作负担。
配套 ATC800 接收器配备 RS485 以及以太网接口，兼容 Modbus‑RTU、Modbus‑TCP 协议，可以直接接入变电站后台、电力物联网平台；设备支持标准 35mm 导轨安装，放置在开关柜二次仪表室即可，现场调试便捷；支持超温定值、温升速率双重阈值报警，继电器输出告警接点，可以联动现场声光报警装置。
2 高压开关柜无线测温技术应用价值
高压柜内部导电连接位置一旦出现松动、接触不良，会造成接点温度升高，逐步出现元件性能衰减、线缆熔化、绝缘破坏，引发设备损坏，威胁电网安全。随着电力行业发展，无人值守变电站数量持续增加，对设备远程监控的要求越来越高。但现阶段很多电厂、变电站关键设备温度监测工作仍然存在短板，柜内密闭区域属于监测盲区。
变电站高压设备大多采用全封闭柜体，传统测温手段实施难度大。部分设备虽然配置通风口温度计、红外观测窗口，但无法做到数据实时采集上传，对设备隔离条件要求高，不能直接接触高压带电部位，测量精度有限，还需要人员定期现场巡检。传统方式已经不能满足无人值守站点对关键设备的在线监测需求。因此开发安全可靠的温度监测系统，实时采集封闭设备关键部位温度，提前识别隐患，对保障电网安全运行具备现实意义。
安科瑞 ATE800 RFID 无源无线测温系统可以很好适配这类场景。整套系统由 ATE800‑B/U 传感器、ATC800‑ANT 特高频天线、ATC800‑4/8 接收器组成。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被唤醒，采集测点温度，再把温度、设备 ID 通过射频反向散射传回天线与接收器，接收器完成数据解析、存储、报警并向上报送后台，实现 7×24 小时不间断在线监测，填补密闭高压柜内部测温盲区，契合无人值守变电站运维需求。
图1 高压开关柜 - RFID测温方案
3 35kV 开关柜无线测温传感器工作原理与关键技术
3.1 不同无线测温技术工作原理
无线测温包含多种传感类型，热敏电阻依靠电阻随温度变化实现测量，但是存在非线性、测温区间受限、容易老化，长期使用精度稳定性下降；红外测温属于非接触测量，不干扰被测设备，但是响应速度有限；半导体传感器安全性好、精度较高，采用被动无线传输，体积小功耗低，但是传输不能有遮挡，振动、位移都会影响测量效果。
EH 能量收集类无源传感器依靠环境获取能量，不需要电池与传统变压器，功耗低，是测温技术的重要发展方向。
RFID 射频无源测温是另一类重要无源技术路线，代表产品为安科瑞 ATE800 系列。工作流程：ATC800 接收器借助 ATC800‑ANT 特高频天线发射 840‑960MHz 特高频射频电磁波；柜内 ATE800‑B/U 无源传感器接收射频场能量完成唤醒，采集测点温度；之后将温度、传感器 ID 以射频反向散射的形式传回天线，接收器解调输出数字化温度信号。传感器本体无电池，能量全部来自射频场，既不需要从高压导体取感应电流，也不用铺设二次信号线。尤其适合一次回路长期小电流运行的开关柜，弥补 CT 取电传感器在负荷电流较低时无法启动测温的短板。
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| RFID测温产品构成 ||||
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| 传感器/表带式ATE800-B | 传感器/螺栓式ATE800-U | 天线（含5m/10m同轴电缆） ATC800-ANT | 接收器（4通道/8通道） |
3.2 柜内温度场分布特点
母排连接位置因为接触电阻会持续产生热量；断路器灭弧室内部会产生真空电弧，热量难以和外界空气交换，造成断路器局部温度偏高。弹簧触点结构元件尺寸偏小，热阻更大，触头区域更容易出现温升。柜体虽然设置进风口保障通风，但上柜相对密闭，上下静触头之间温差最高可达 35℃；回路电流越大，柜内上下温差越明显。受柜体隔断影响，导轨位置热量扩散条件差；合理开设通风孔可以优化柜内热量分布。
结合上述发热分布特征，ATE800‑B 表带传感器绑扎安装断路器上下静触头；ATE800‑U 螺栓传感器安装母排搭接螺栓、电缆接头，对触头、母排、电缆头等高温风险点位实现全覆盖。运维人员可以对比不同测点温度、相间温差、温升速率，提前捕捉接触不良类早期缺陷。
3.3 无线测温节点功能设计
①温度检测：无线测温传感器紧贴被测发热点，完成温度采集；温度平稳阶段按照周期上传数据；温度快速变化时调整传输策略，及时上报异常。 ②告警输出：实测温度超出设定阈值系统触发告警。ATC800 接收器除固定温度阈值告警外，支持温升速率告警，能够识别突发性快速升温故障，比单一定值告警更利于捕捉接触类故障。 ③通讯交互：测温节点依靠无线电把数据发送至接收单元，接收器转发至监控后台。ATC800 接收器具备 RS485、以太网双接口，兼容主流电力规约，可以对接综保装置后台，也可接入 Acrel‑2000T 测温监控平台。 ④定时订阅：支持配置上传周期，设备按设定间隔向基站报送数据。 ⑤状态查询：后台可以单独读取测温节点工作状态，无需额外外部设备。 ⑥数据存储记录：系统可以记录指定时段温度数据；非工作时段节点可以进入低负载模式降低通讯压力。
ATE800 RFID 无源传感器依靠射频场唤醒，不具备睡眠芯片；采样周期可在接收器侧配置，范围 100ms‑3200ms，兼顾响应速度和射频信道负载，完整实现温度采集、阈值告警、数据上送、历史记录等节点功能。
4 无源无线测温系统综合技术特性
交流电通过导体时会在周边产生交变磁场，传统方案经常利用线圈捕获磁场能量为传感器供电，实现无电池长周期运行。除 CT 感应取电方案之外，RFID 射频无源技术也在 35kV 开关柜得到大量工程落地，以 ATE800 系列为例：
- 本质安全无源架构：ATE800‑B/U 依靠特高频射频获取能量，无电池，无 CT 线圈，规避电池高温失效、CT 磁饱和发热隐患，适配新建柜以及存量改造项目。 2. 多样安装结构：表带式 ATE800‑B 用于断路器触头、电缆接头绑扎；螺栓式 ATE800‑U 适配母排螺栓接点；传感器防护等级 IP67，耐受柜内粉尘、潮湿环境。 3. 抗干扰无线通信：采用 UHF 特高频 840‑960MHz 通信频段，接收器接收灵敏度优于‑78dBm；针对开关柜金属腔体屏蔽环境，配合天线合理布设保障信号稳定接收。 4. 开放对外接口：ATC800 接收器配置 RS485、以太网，支持 Modbus‑RTU/TCP，能够对接第三方监控平台；2 路无源继电器告警输出，可联动现场声光报警器；单台接收器最大支持 240 个测温点位，满足多面开关柜集中监测。 5. 多模式告警策略：支持固定温度阈值告警、温升速率告警，既能识别缓慢累积发热，也能捕捉突发过热故障，匹配变电站状态监测需求。
无源无线测温传感器整体体积小巧，安装完成后不会压缩设备绝缘距离，不影响高压设备安全。信号传输距离 20 米以上，中间无需额外布设大量电缆。产品内部采用高精度数字传感元件，传感器出厂自带唯一编号，现场和接收设备简单配对即可投入使用；系统采用频分复用技术，单传感器占用带宽不超过 20ms。测温系统还可以和温湿度、位移等其他环境传感器共用接收设备，支持 MODBUS、61850 等规约，具备 RS485、TCP/IP 等多种接口，方便和各类平台做数据交互。无源方案摆脱电池寿命限制，在高温工况下依旧维持稳定传输；测温范围‑45℃~125℃，行业也在持续迭代，未来测温区间有望拓展至‑45℃~135℃。
5 35kV 高压开关柜配套优化方案
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 保障柜体空气绝缘净距
近年来高压开关柜局部放电频发，绝缘储备不足、温升超标等故障当中，约 60% 来源于电气间隙不足、绝缘处理不到位。绝缘故障表现形式包含对地外绝缘击穿、对地内绝缘损坏、相间闪络、套管损坏、过电压、雷击损坏等。针对传统接地开关传动轴与 C 相负载电气间隙不足问题，可采用新型地刀导条结构，保证 C 相带电部位对地电气间隙≥300mm，提升机械锁紧可靠性，同时增大电缆室导体对地气隙。母线室、电缆室内部相与相、相对地之间均要保证空气净距不小于 300mm，规避绝缘磨损引发事故。
在柜体开展绝缘优化整改的前提下，选用的测温传感器不能挤占带电部位绝缘距离。安科瑞 ATE800‑B/U 外形紧凑，表带、螺栓固定之后不会压缩空气绝缘间隙，不改变柜体原有电场分布，可以直接加装在已经完成绝缘整改的开关柜上。
5.2 断路器室门机械联锁优化
机械联锁用于防止高压设备误操作。部分老式高压柜，柜底门、后柜门和接地开关缺少可靠联锁，松开螺丝即可打开后柜门，甚至设备带点状态下柜门能够开启，带来人身安全风险。设备运行时前门处于机械锁闭状态，需要移动至试验位置，完成锁扣、链条操作之后才可以打开前门；锁具配置机械锁定机构，满足顺序闭锁需求。加装完善的门联锁装置，能够有效降低误操作故障概率，提升设备安全性。
无线测温装置可以和门联锁系统配合工作：柜门正常闭锁，测温系统持续在线采集；柜门打开开展检修作业，运维人员可以调取检修前后接点温度基线，用来对比检修效果。ATE800 整套设备全部布置柜体内部，天线安装位置避开柜门联锁机构，不会干预原有五防机械逻辑，开关柜原有防护性能保持不变。
5.3 二次控制回路协同设计
高压开关柜二次控制主要分为储能、合闸、分闸回路，其余功能回路都基于这三类基础回路拓展。储能回路为断路器合闸储存操作能量；合闸回路完成设备手动、电动合闸操作；分闸回路负责故障工况下快速分断，规避短路事故；停电失电场景会造成控制回路失效，威胁供电稳定性，储能、合闸、分闸回路可靠运行是开关柜安全运行的基础。
测温系统告警继电器接点可以接入开关柜二次回路。ATC800 接收器配置 2 路无源继电器输出，能够将超温、温升异常信号引入开关柜二次系统，完成后台上送与现场声光联动，测温系统和原有保护控制协同运行，不干扰储能、合闸、分闸原有逻辑。接收器电源取自柜内 AC/DC 二次电源，当一次设备故障失电，测温传感器同步停止采集，符合高压设备二次设计规范。
6 结语
高低压开关设备承担电能传输、分配、转换过程当中的控制与保护职能，直接影响电网安全稳定。设备长期大电流、高温工况运行，可通过加装轴流风机改善柜内通风条件，减缓器件老化速度。传统无线测温方案已经很难完全适配现阶段 35kV 高压柜运维需求，高压开关一旦故障会造成严重后果，所以开展温度在线监测十分必要。
无源无线测温是高压开关柜温度监测重要发展方向，CT 感应取电、RFID 射频无源属于两种典型路径，分别适配不同现场工况。ATE800 系列 RFID 射频无源测温系统依靠射频场获取能量，不受一次回路电流大小约束，支持不停电改造，具备多模式报警、标准化通讯接口，尤其适合负荷波动大、长期小电流运行的 35kV 开关柜。
实际工程项目当中，需要结合开关柜一次负荷特征，合理选择 CT 取电或者 RFID 无源等不同传感器类型，优化传感器安装点位、天线布设方案。同时结合柜体绝缘整改、五防联锁校验、二次回路协同，充分发挥在线测温的预警能力，为 35kV 高压开关柜以及配电网安全运行提供保障。