淺論無線測溫技術(shù)在智能化變電站10KV高壓開關(guān)柜中的研究與應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：在智能化變電站設(shè)備中，對(duì)其基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以及智能化變電站設(shè)備的基本運(yùn)行進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的投入使用。在這個(gè)前提下，闡述介紹10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的主要內(nèi)容，對(duì)10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，希望更好的將在線測溫技術(shù)運(yùn)用在智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜上。

關(guān)鍵詞：高壓；智能化變電站；溫度測量

0 引言

    在10kV配電網(wǎng)中，10kV高壓開關(guān)柜就是用來進(jìn)行電氣配備的電氣設(shè)備，由于其工作時(shí)間較長，所以承擔(dān)的高負(fù)荷電流也就較多，由于高負(fù)荷電流的影響，并且10kV高壓開關(guān)柜的各組件接頭發(fā)生松動(dòng)等現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致lOkV高壓開關(guān)柜中的電阻變大，如果電阻變大了，就會(huì)導(dǎo)致lOkV高壓開關(guān)柜內(nèi)部熱量升高，容易使其內(nèi)部出現(xiàn)一定的損壞，所以，采取的在線測溫技術(shù)至關(guān)重要，合理的控制10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)部的溫度，進(jìn)而保證lOkV高壓開關(guān)柜能夠正常的運(yùn)行。

1 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫的重要意義

    在電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)負(fù)荷分配的重要電氣設(shè)備就是高壓開關(guān)柜。有時(shí)候，高壓開關(guān)柜長期長期使用，并且受到柜內(nèi)接點(diǎn)材質(zhì)不良、插頭位置不當(dāng)、動(dòng)靜觸指彈簧沒有嚴(yán)密接觸等因素的影響，就會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜溫度變高，容易出現(xiàn)安全事故。某電網(wǎng)公司在2013～2014年這段時(shí)間內(nèi)，高壓開關(guān)柜事故出現(xiàn)6起，在這6起事故中，由于發(fā)熱原因所引發(fā)的有3起，占事故總數(shù)的一半．同時(shí)，3起事故斗導(dǎo)致了主變壓調(diào)壓器跳閘以及母線失壓。這種情況，不僅容易使開關(guān)柜內(nèi)的相關(guān)電氣設(shè)備損壞．而且還會(huì)使大范圍停電，對(duì)企業(yè)和居民產(chǎn)生了較大的影響。所以我們要避免這種情況的再次發(fā)生，一定要采用相關(guān)技術(shù)手段，保障高壓開關(guān)柜能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

現(xiàn)階段，高壓開關(guān)柜一般都是金屬密封結(jié)構(gòu)，這能對(duì)開關(guān)柜安全進(jìn)行的保證，減少不必要的傷害。所以，以往的測溫方法已經(jīng)不能用于現(xiàn)在的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)尤其是KYN型中置移開式開關(guān)柜，絕緣材料對(duì)導(dǎo)電位置產(chǎn)生了大的干擾，導(dǎo)致以往的紅外測溫手段不能準(zhǔn)對(duì)內(nèi)部設(shè)備的溫度進(jìn)行測量。所以，在10kV高壓開關(guān)柜中要使用開關(guān)柜內(nèi)部測量的方法，對(duì)柜內(nèi)元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度過高的情況，也能更及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行處理，從根本上避免安全事故的發(fā)生。

2 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的主要內(nèi)容

    10kV高壓開關(guān)柜的柜體一般是全封閉式的，由于柜內(nèi)的空間很小，并且柜中的設(shè)備較多，導(dǎo)致電氣設(shè)備的安全距離非常狹小，這就增加了測溫工作的難度。以往的測溫技術(shù)大多存在著一定的不足之處，使用以往的計(jì)術(shù)對(duì)10kV高壓開關(guān)柜測溫時(shí)，往往不能達(dá)到理想的效果。所以，研究新型的在線測溫系統(tǒng)勢(shì)在必得。

2.1基本原理

    AW的工作原理主要是：采集器使用天線對(duì)SAW傳感器傳輸無線電磁波信號(hào)，SAW傳感器受到電池波信號(hào)后。叉指換能器引發(fā)聲表面波，導(dǎo)致聲表面波順著壓電基材表面?zhèn)鬟f到反射區(qū)，然后再傳遞回又指換能器，最終由叉指換能器利用天線對(duì)采集器發(fā)射反向電磁波，采集器最后進(jìn)行接收。

2.2系統(tǒng)構(gòu)成

    a站控層。主要是站內(nèi)監(jiān)控磁通以及SCADA系統(tǒng)構(gòu)成，其主要功能為：實(shí)現(xiàn)站內(nèi)、遠(yuǎn)程高壓開關(guān)柜實(shí)時(shí)檢測及應(yīng)用等。

    b間隔層。這是測溫系統(tǒng)的集中服務(wù)器。各站內(nèi)都會(huì)設(shè)立一臺(tái)集中服務(wù)器，使用RS485總線的手段，使各個(gè)高壓開關(guān)柜的溫度采集器相連接，把站內(nèi)所有開關(guān)柜的溫度信息整體分類。并且間隔層還要提供103／104標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約．進(jìn)而完成與站控層之間的溝通。同時(shí)，集中服務(wù)器應(yīng)同時(shí)提供24V的電源輸出，以供采集器正常工作。

    c過程層。主要是傳感器以及天線。其中傳感器主要在高壓待測溫點(diǎn)進(jìn)行安裝，如開關(guān)接頭、電纜出線接點(diǎn)以及進(jìn)線母線接點(diǎn)等。

3 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的特點(diǎn)

3.1非接觸式的測溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

    就我國情況而言，在10kV高壓輸電系統(tǒng)中，常用的開關(guān)柜就是XGN開關(guān)柜以及KYN開關(guān)柜。其主要組成是：隔離開關(guān)、斷路裝置以及電纜接點(diǎn)等組成，這樣開關(guān)柜中容易出現(xiàn)一定的雜物,比如一些灰塵或者堆放的雜物,這些灰塵和雜物直接對(duì)開關(guān)柜的工作情況產(chǎn)生影響，所以，就要關(guān)注這兩種電氣設(shè)備內(nèi)部清潔問題，對(duì)雜質(zhì)以及灰塵等及時(shí)進(jìn)行清理工作，而且要正握其內(nèi)部的溫濕度，預(yù)防潮氣過大，影響其正常運(yùn)行。目前的XGN開關(guān)柜中，一般都在導(dǎo)電的位置做相應(yīng)的絕緣熱縮處理，簡單來說，在XGN開關(guān)柜中，可能進(jìn)行測溫的部分都用絕緣層進(jìn)行覆蓋，在這種環(huán)境下,導(dǎo)致相關(guān)的檢測人員不能在開關(guān)柜外對(duì)設(shè)備的里面開展測溫工作。

3.2測溫裝置要進(jìn)行高壓絕緣處理

    在10kV高壓開關(guān)柜投入使用中，正規(guī)電壓額度為10kV，但外部檢測設(shè)備不能對(duì)其內(nèi)部開展的測溫工作，所以，就要采用在線測溫的方式，在變電站高壓開關(guān)柜中的需要著重注意的溫度點(diǎn)上，配置相應(yīng)的溫度檢測設(shè)備，把相對(duì)應(yīng)的溫度檢測信號(hào)接收裝置，安放在開關(guān)柜的之外或放置在開關(guān)柜表面，不管安置開關(guān)柜之外還是外表面，都要使用相應(yīng)的技術(shù)手段，把測溫裝置與接收裝置進(jìn)行高壓隔離處理，其中需要關(guān)注的是，在進(jìn)行測溫裝置前期安裝的時(shí)候，要格外小心，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部的電氣元件注意。防止其發(fā)生人為損壞，終上所述，測溫裝置的高壓絕緣設(shè)定會(huì)嚴(yán)重影響在線測溫技術(shù)的實(shí)施。所以．相關(guān)的技術(shù)人員要注意。

3.3對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件要注意

    在10kV高壓開關(guān)柜中，一些相應(yīng)的電氣元件本就比較多，這些電氣元件具有相應(yīng)的操作原理．同時(shí)也具有相應(yīng)自身屬性．這些電氣設(shè)備要根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況，合理的選擇相應(yīng)的使用方法。在這種情況下，要想保證相應(yīng)測溫工作正常的運(yùn)行，在安裝工作中就要注意，開關(guān)柜自身的電氣設(shè)備元件要保護(hù)．避免安裝過程中對(duì)其產(chǎn)生損壞，保證其能夠正常的運(yùn)行，可以發(fā)揮出其原有的性能，只有這樣，10kV高壓開關(guān)柜的整體運(yùn)行質(zhì)量才能得到提高。

3.4適應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境

    就我國目前情況而言。建設(shè)的10kV高壓開關(guān)柜比較多，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)大多是全封閉式的金屬結(jié)構(gòu)，開關(guān)柜內(nèi)部與外部是出于隔離狀態(tài)的．在開關(guān)柜的內(nèi)部，空氣大多不能正常流通，并且其溫度也相對(duì)較高，在工作中，其承擔(dān)的電流負(fù)荷量通常也比較大，有時(shí)變電站也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定的電磁干擾，所以環(huán)境相對(duì)較為惡劣，在這種情況下，要想發(fā)揮出在線測溫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，我們就要采取一定的科學(xué)手段、使用相應(yīng)的技術(shù)措施，對(duì)在線測溫技術(shù)的抗干擾能力進(jìn)行提升，并且其負(fù)荷能力也要進(jìn)行提高，進(jìn)而保障在線測溫?cái)?shù)據(jù)的完整性和實(shí)際性。

4 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)研究現(xiàn)狀

4.1紅外測溫法

    紅外測溫法是非直接接觸測量方法中的典型方法。現(xiàn)在的紅外測溫儀使用起來都很方便，大部分還具備一些擴(kuò)展功能，比如可以進(jìn)行拍照以及自動(dòng)尋找最高溫度點(diǎn)，在現(xiàn)代電力行業(yè)中得到非常廣泛的應(yīng)用。但對(duì)于10kV開關(guān)柜來說,受到開關(guān)柜內(nèi)部元件及絕緣體的影響，紅外線可能被阻擋，使測溫工作難度，測量結(jié)果的精準(zhǔn)性不能得到保證，校正進(jìn)行中也會(huì)出現(xiàn)一些麻煩，所以其通用性就較低，只適用于早期的10kV開關(guān)柜的測溫工作。

4.2無線測溫法

    無線測溫法是新型的的一種測溫方法。對(duì)于這種測溫方法來說，分散式測溫設(shè)備直接作用在每個(gè)測溫點(diǎn)上，但在溫度信息接收設(shè)備設(shè)立過程中，設(shè)立位置與開關(guān)柜要保留一定距離．可以使用無線技術(shù)的進(jìn)行溝通．進(jìn)而完成高壓的分離與絕緣工作。但是，無限測溫技術(shù)也存在一些不足。其中主要問題就是測溫設(shè)備穩(wěn)定性的問題,因?yàn)檫@種裝置使用的大多是電流感應(yīng)式電源,這種電源能量大小會(huì)因?yàn)殡娏晌业母淖儼l(fā)生變化，如果電力荷載變化情況過大，其能量的改變幅度也會(huì)特別大，這樣可能會(huì)引起測溫裝工作時(shí)可能出現(xiàn)斷電的情況。

4.3光纖測溫法

    光纖測溫技術(shù)是近年研究開發(fā)的測溫技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是能夠使開關(guān)柜內(nèi)存在的電氣元件在測溫過程中，能夠與檢測設(shè)備緊密接觸。隨著光纖的使用，大便利了測溫工作，其對(duì)附近的電磁環(huán)境具有一定的抵抗力，也避免對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部機(jī)械元件的特性產(chǎn)生損壞，具有在輻射強(qiáng)、電壓高、侵蝕性打以及具有電磁影響等惡劣環(huán)境下能夠連續(xù)不間斷的進(jìn)行測溫工作，這是其他測溫技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的，所以非常適合10kV高壓開關(guān)柜中的測溫工作。

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

    安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的一款的無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖1），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

    Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測

    Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢

    溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運(yùn)行報(bào)表

    查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

■實(shí)時(shí)報(bào)警

    壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

    a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

    b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

    C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信.

■歷史告警査詢

    Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

    Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

■定值設(shè)置

    用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

    展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比，用電排名。

運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機(jī)APP（可選）

    設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

    安科瑞電氣接點(diǎn)無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖

5.3.1安科瑞無線溫度傳感器

    無線溫度傳感器共有5種，分別對(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

5.3.2安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3安科瑞顯示終端

    顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

6 結(jié)束語

    隨著新技術(shù)的不斷研究與開發(fā)，智能化自動(dòng)變電站中10kV高壓開關(guān)柜的安全性也得到了保證．智能化變電站電氣設(shè)備狀態(tài)也被逐漸應(yīng)用到工作中，進(jìn)而，10kV高壓開關(guān)柜的在線測溫技術(shù)也將更好更快的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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