淺談35kv高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應用

   王曉昭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：近年來，隨著電力市場需求的日益增長，高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，其本身的安全性、經(jīng)濟性也受到了人們的重視。本文著重介紹了35 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應用情況﹐介紹了技術(shù)特點和工作原理﹐對其在35 kV高壓開關(guān)柜中的應用進行歸納，以及變電站的無源無線測溫系統(tǒng)的運用。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無線測溫；技術(shù)；應用

0引言

隨著電力市場對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需求不斷增加，對電力供應的質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求。在開關(guān)柜中廣泛采用新技術(shù)和新工藝，使得其可靠性得到了很大的提高。六氟化硫氣體具有良好的絕緣和消弧特性，在高壓開關(guān)設備中得到了廣泛的應用。全封閉高壓開關(guān)柜在長時間的高負載下，其散熱性能不佳，容易導致熱聚集，溫度上升會對電器的絕緣性能產(chǎn)生不利影響；全封閉高壓開關(guān)柜不能觀測到動觸點與柜內(nèi)靜接觸位置連接、接地刀閘分合等情況，不能對柜體內(nèi)部進行溫度測量，存在較大的安全風險。通過對高壓開關(guān)柜母排、電纜接頭的直接監(jiān)控，可以有效地降低由于過熱引起的火災和大面積停電。

1高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應用意義

電氣設備的導電連接部位松動，刀閘、斷路器接觸松動等，都會使設備的溫度聚集，使有關(guān)部件的性能惡化，從而引發(fā)導線的熔融、絕緣擊穿，嚴重危害電網(wǎng)的安全。隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中的無人值守變電站將會得到廣泛的應用，對變電站內(nèi)的各種信息進行更嚴格的控制，但目前變電站對主要設備的溫度監(jiān)測還處在初級階段，監(jiān)控范圍小，尤其是在密閉設備的溫度監(jiān)測中，更是處于“盲區(qū)”，技術(shù)水平也比較落后。目前變電所的高壓設備基本上都是封閉的，傳統(tǒng)的測溫方法是不可能的，有些裝置還采取了開孔和紅外線測溫器的方法，但其缺點是不能實時地收集和發(fā)送數(shù)據(jù)，對電力系統(tǒng)的絕緣性能有很高的要求；不能直接附著在高壓帶電裝置上，精度低需要檢查，還需要人在現(xiàn)場才能顯現(xiàn)效果，并且只適合于裸露的設備；但是，該模型的安全性更高。傳統(tǒng)的測溫方法不能滿足無人值守站對主要設備的關(guān)鍵位置進行實時監(jiān)測的要求。研制一套適用范圍廣、安全可靠的測溫系統(tǒng)，對重要設備（尤其是密閉裝置）的關(guān)鍵部位的溫度進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，采取措施，防止事故進一步擴大，對保障電網(wǎng)安全運行意義重大。

2 35kV高壓開關(guān)柜常用幾種無線測溫傳感器的原理及技術(shù)特點

2.1無線測溫的原理

無線測溫的基本原理是：溫度傳感器、紅外溫度傳感器、半導體傳感器、表面溫度傳感器、被動無線傳感器。熱敏傳感器的工作原理是，電阻會隨著溫度的變化而變化，熱敏電阻具有高度敏感性，可以很容易地檢測溫度變化；缺點是，阻值非線性，溫度范圍要求嚴格，元件易老化，使用壽命相對較短，隨著使用年限的縮短，精度及穩(wěn)定性也會下降。紅外溫度計的特點是無接觸式，不干擾被測物的狀態(tài)；其不足之處在于易受溫度、濕度、輻射等因素的影響。半導體傳感器的精度較高，但與熱敏電阻器相比，它的反應時間要比熱敏電阻器慢。半導體傳感器的優(yōu)勢在于安全性高，識別精度高，可靠性更高。它的特點是采用被動式測溫，采用無線傳輸?shù)姆椒▽崿F(xiàn)對開關(guān)柜溫度的測量。其優(yōu)點是體積較小，能耗低，但其缺點是訊號傳送距離較短，而且傳送時不能有障礙物，若受測點出現(xiàn)位移或振動，則會造成 相位的改變，從而影響溫度測量的精度。被動式無線感應器采用能源采集方式來獲取感應器所需的能源，完全摒棄了電池與常規(guī) CT的取電方式。利用等電位法實現(xiàn)了高壓電網(wǎng)的安全性和可靠性， EH技術(shù)具有循環(huán)、低能耗等特點，是未來無線溫度測量的發(fā)展方向。

2.2該測溫的技術(shù)特點

以下是關(guān)于無源無線溫度測量系統(tǒng)的技術(shù)特性，即當母排經(jīng)過交流電時，會在母排附近形成一個交變磁場，通常這些磁場會被釋放到空氣中，不能被利用?，F(xiàn)在，主排上安裝一條特殊的金屬條，可以讓磁場中的能量在金屬條流動，而在金屬條上則有一個線圈，當電流聚集到一起時， MCU就會釋放出足夠的電流，然后再用無線網(wǎng)絡將熱量傳遞給 MCU。該傳感器采用了原來沒用的交流磁場，為 MCU提供能量，使其在不使用電池的情況下，可以長時間的工作，使用壽命超過10年，而且基本不需要維修。與一般的硅鋼片不同，硅鋼片有一條直線，一次電流和二次電流呈線性關(guān)系，當一次電流很大時，二次電流會被大量的二次電流所吸收，導致二次電流無法釋放，造成危險。被動式無線傳感器采用一種特別的合金，其線性范圍很小，磁場迅速達到飽和狀態(tài)，初級電流持續(xù)上升，電流幾乎沒有增長，因此不需要加熱設備，也不會產(chǎn)生渦流和溫度上升。

被動式無線溫度計，其體積較小，安裝完畢后，其高度與動接觸鐵環(huán)之高﹐基本不會對絕緣距離產(chǎn)生任何影響，也不會影響電力裝置的安全性。被動式無線感應器的訊號要從開關(guān)柜里傳出，相隔二十多米遠，所以沒有在開關(guān)柜里裝任何接收裝置，也沒有電纜﹐也沒有天線﹐只有一個感應器，不會對電器安全產(chǎn)生任何影響。目前，我國的無線傳感設備大多采用高精度的進口數(shù)碼傳感元件，且都是采用接觸式溫度測量。該傳感器可以實現(xiàn)對發(fā)熱點附近的溫度變化的快速測量，使其精度得到很高的提高。所有的資料傳送程序都要經(jīng)過檢查﹐檢查出的資料都會被刪除﹐所以不會由于傳送而產(chǎn)生有誤差的溫度。小型，可裝于動觸頭、靜觸頭、變壓器進出線、刀閘等部位，一種多個傳感器的安裝形式，為施工提供了便利。

所有的傳感器的出廠號碼都是固定的，只需要在接收設備上進行匹配就可以，不需要進行前期的協(xié)調(diào)，也不需要專門的維修和替換。傳感系統(tǒng)使用頻分多址技術(shù)，各感應器使用相同的波段進行通信，所需的波段不會超過20 ms。被動式無線測溫傳感器與其它環(huán)境溫濕度、帶電顯示、抽濕機、位移傳感器等傳感器均使用相同的通訊架構(gòu)，能共用一個單一的接收裝置，方便日后安裝傳感器收集其它物理量。同時，還集成了 MODBUS、61850等標準接口，可實現(xiàn)與其它廠商的通信。為其它平臺的資料分享，提供各種不同的分享界面。具有RS485通信接口、 TCP/IP通信接口、RS232通信接口。為方便用戶使用﹐有多種顯示接口﹐有分別的開關(guān)柜和變電所的顯示接口，并能將全省的資料集中在伺服器上。被動式無線溫度計克服了電池供電不足的缺點，提供更多的電力，所以即使是在較高的溫度下，也可以進行數(shù)據(jù)傳輸。溫度范圍為-45~125攝氏度，目前廠商仍在不斷改進，未來的溫度將會在-45~135攝氏度之間。

3無源無線測溫技術(shù)在35kV高壓開關(guān)柜中的應用

為改善變電所的維修工作，及時解決高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題，選用了無線溫度測量系統(tǒng)。按有關(guān)規(guī)定，結(jié)合實際條件對35 kV高壓開關(guān)柜進行現(xiàn)場調(diào)試、測試，收集資料、分析，驗證了該系統(tǒng)是可靠、實用的。采用無線測溫技術(shù)后，變電所對35 kV高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題進行有效的控制，保證了供電安全。

4安科瑞無線測溫系統(tǒng)

4.1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很大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、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。

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、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。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2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(nèi)所有開關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)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(shù)據(jù)。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

1. 實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y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?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以****/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

1. 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。

4.3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(wǎng)關(guān)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(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

5結(jié)束語

總結(jié)了目前35 kV高壓開關(guān)柜采用常規(guī)無線測溫技術(shù)難以滿足要求。而高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設備，如果出現(xiàn)故障，將會造成很大的影響。35 kV高壓開關(guān)柜使用無線測溫技術(shù)進行測量，測量設備的安裝方便、快速測量結(jié)果，更符合當今技術(shù)的快速發(fā)展。在未來的溫度測量技術(shù)中，應結(jié)合實際的應用狀況，對使用中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)和研究，并在不斷的學習和摸索中完善溫度測量系統(tǒng)。

參考文獻：

[2]黃詩敏.35kV開關(guān)柜局部放電帶電檢測技術(shù)應用與仿真分析研究[D].北京:北京交通大學，2015.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10

作者簡介：

王曉昭，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監(jiān)控行業(yè)能效管理的研發(fā)與應用。

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