王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：高壓開關柜在長時間運行過程中，其斷路器觸點、隔離開關和母線連接處等位置會因為材料老化和接觸點電阻過大問題而產生過熱現(xiàn)象，可能導致重大安全事故的發(fā)生。本文主要闡述了無線測溫裝置在高壓開關柜上的相關應用，用以安全、持續(xù)性、實時地在線監(jiān)測高壓開關柜易出現(xiàn)過熱情況的位置，做到事故的提前預防。

關鍵詞：高壓開關柜；過熱；無線測溫裝置；在線監(jiān)測

1 各類測溫裝置系統(tǒng)的比較

       目前,越來越多的電力用戶開始在高壓開關柜內加裝溫度實時監(jiān)測系統(tǒng),用來實時掌握高壓開關柜的溫度變化趨勢和運行狀態(tài)，做到事故隱患及時排查,并合理預留設備檢修時間。然而，由于高壓開關柜內部的設備組成較多，且布置結構相對復雜，其間存在有較大的電流和電壓，導致開關柜內的電磁環(huán)境惡劣，現(xiàn)有的高壓開關柜測溫技術都存在著各種各樣的局限性。

       比較常見的測溫技術包括光纖測溫、紅外測溫和無線感應測溫。光纖測溫時,其內部光纖在長時間使用后會積累大量灰塵，易導致光纖沿面的放電和閃絡現(xiàn)象，造成光纖的絕緣性能降低，并給高壓開關柜的安全運行帶來隱患；紅外測溫設備容易受到外界環(huán)境溫度的干擾,始終需要依靠人工巡查來實現(xiàn)測量,無法實現(xiàn)溫度的在線實時監(jiān)測；無線感應測溫則需要在高壓開關柜內加裝感應線圈,在長期運行過程中很難保證其測量的可靠性和穩(wěn)定性。

       而無線測溫技術采用了無源無線的傳感器和無線接收單元，其分別安裝于高壓柜內的測溫點和開關柜柜外的電氣小室，由于傳感器本身無須電源額外供電、且不需要從電力裝備上取電，因此具有明顯的安全性、可靠性和可維護性。

2 無線測溫裝置實施方案

       無線測溫裝置系統(tǒng)由無線測溫傳感器、數據讀取器、數據接收天線和后臺監(jiān)控系統(tǒng)等組成，可以方便地安裝在被測點上,準確跟蹤發(fā)熱點的溫度變化，并通過無線傳輸方式將數據通過接收天線發(fā)送給數據讀取器,從而進行對被測點溫度信息的實時采集之后通過RS485通信方式將溫度信息傳輸到后臺監(jiān)控系統(tǒng),在后臺實時顯示出被測點的溫度變化，方便運行人員實時掌控全廠高壓開關的運行情況。無線測溫裝置系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

無線測溫裝置的系統(tǒng)優(yōu)勢包括:

       (1)無須電池。無線測溫傳感器采用被動感應的方式，無需利用電池進行驅動，因此減少了電池更換所帶來的時間間隔和維護成本，同時不會因產生廢舊電池而對生態(tài)環(huán)境造成影響。

       (2)安全可靠。無線測溫裝置不要求在被測點或相關支撐結構上進行連線，因此在傳感器與接收設備之間不存在相關電氣聯(lián)系，從而實現(xiàn)了高壓隔離，可以保障設備的安全運行。

       (3)安裝過程方便靈活。傳感器本體的體積較小，且與讀入器之間進行數據的無線傳輸,因此安裝過程靈活方便，不受開關柜結構和空間的影響。

       (4)環(huán)境適應性好。通過匹配軟件的校正，可以補償溫度傳感器在制作過程中的系統(tǒng)偏差，且傳感器可在任何溫度范圍內工作,不會受到季節(jié)因素的影響。通常，只需在安裝溫度傳感器時進行一次調試，之后多年內不需再進行校正。此外，沾污、積灰等情況也不會對溫度傳感器的準確性造成影響。

       (5)性價比高。無源無線的系統(tǒng)連接方式較大地保障了電力設備的安全運行，減少了設備的維修次數,使整個系統(tǒng)的安裝、運維成本下降。

3 無線測溫裝置在高壓開關柜上的應用

3.1系統(tǒng)結構圖

       如圖2所示，整個無線測溫系統(tǒng)共分為三層：一層:無線測溫傳感器采集測溫位置的溫度數據；二層:數據讀取器通過數據接收天線,接收來自無線測溫傳感器發(fā)送的數據并進行相關處理;三層:站內所有數據讀取器通過RS485進行串聯(lián)，然后將數據讀取器處理過的所有數據發(fā)送到站內交換機，之后傳送到達站內測溫工控機進行實時顯示。

3.2 無線測溫傳感器的安裝

       高壓開關柜內的每個測溫點都需要安裝一個無線測溫傳感器，用于對該點位的實時溫度測量。無線測溫傳感器的安裝方式有很多種，具體如圖3所示。常用的方式是螺栓固定式、硅膠表帶捆綁式、卡環(huán)式等，安裝方便靈活。螺栓固定式通常在母排等平整位置進行安裝,易于固定螺絲;硅膠表帶捆綁式通常在不易于使用螺栓固定安裝的位置進行安裝;卡環(huán)式通常用于斷路器動觸頭處的監(jiān)測安裝,使無線測溫傳感器能方便地卡在動觸頭上。由于高壓開關柜一般用于監(jiān)測斷路器觸頭、隔離刀閘觸頭和進線電纜頭等易發(fā)熱點位，因此當無線測溫傳感器被安裝在這些發(fā)熱點處時，要求無線傳感器底板和母排需要緊密接觸并固定，不能出現(xiàn)底板翹起等現(xiàn)象。

3.3 數據接收天線和數據讀取器安裝

       數據接收天線是通過底部的強永磁鐵吸附在柜外電氣小室內,安裝位置靈活方便，由于高壓開關柜的結構復雜,為了保證信號的穩(wěn)定和強度，所以一般要求每3個監(jiān)測點至少需要配置一根數據接收天線用于接收無線測溫傳感器的溫度數據，比如:斷路器上、下靜觸頭處安裝了6個無線測溫傳感器進行監(jiān)測，那就需要2根天線用于接收數據，且要調整數據接收天線的位置使其接收到的信號較強和穩(wěn)定。數據讀取器是通過導軌方式安裝在開關柜電氣小室，并連接天線,V+/V-連接電源(DC24V-DC36V)、PE接地、DATA+/DATA-接RS485通信線到中控后臺等，同時需要保證讀取器上的接地點安全接地。接收天線和數據讀取器的安裝位點如圖4所示

3.4 后臺實時監(jiān)測數據

       后臺監(jiān)控系統(tǒng)由顯示器和工控機組成,在安裝實時監(jiān)控軟件后，能夠自動接收無線測溫傳感器測得的實時溫度數據。溫度數據保存在數據庫中，用戶可以設定時間區(qū)間、指/定監(jiān)控對象進行歷史溫度信息的查詢。同時,用戶還可以在主站系統(tǒng)中指/定某一具體的被測設備或無線測溫傳感器進行實時的溫度信息采集。當設備溫度的值或溫度的變化率過上限，系統(tǒng)可為運行管理人員提供告警信息，以便及時或預知性的發(fā)現(xiàn)和排除故障，從而較大限度地保障電力設備的安全穩(wěn)定運行。同時，用戶可以方便地查看歷史溫度信息，并通過列表、曲線等多種展現(xiàn)形式進行展現(xiàn)。

4 安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1 概述

       電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

       Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場所

       適合在泛在電力物聯(lián)網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.4系統(tǒng)功能

       測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

4.4.1 溫度顯示

       顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

4.4.2 溫度曲線

       查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

4.4.3 運行報表

       查詢及打印各測溫點指/定時間的溫度數據。

4.4.4 實時告警

       系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

4.4.5 歷史事件查詢

能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

       溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5 結語

       無線測溫裝置系統(tǒng)解決了不易對高壓開關柜發(fā)熱部位進行溫度監(jiān)測的難題，其無線測溫傳感器能夠安全、方便地安裝在咼壓開關柜斷路器觸頭、隔離開關觸頭、電纜接頭和母排連接處，完成溫度實時監(jiān)測，并通過數據接收天線接收無線測溫傳感器的溫度數據,傳輸數據讀取器進行解析，然后通過RS485通信傳輸給后臺監(jiān)控系統(tǒng)，為運行管理人員展現(xiàn)高壓柜的實時運行情況,保證電網的安全可靠運行。

參考文獻 

       [1] 溫琪.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學，2014.

       [2] 項首有.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)的設計及應用[J].電世界,2017,58(8)：19.

       [3] 李冬，牟元恩,張營.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計[J].江蘇科技信息，2017(24) :59-60.

       [4] 陳雪薇，馬國明，李成榕，等.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計及可靠性研究[J].高壓電器，2015,51(6)： 152-160.

       [5] 劉昊.無線測溫裝置在高壓開關柜上的應用

       [6] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022年05版