淺談無(wú)線(xiàn)測溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的應用及選型

摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜在長(cháng)時(shí)間運行過(guò)程中，其斷路器觸點(diǎn)、隔離開(kāi)關(guān)和母線(xiàn)連接處等位置會(huì )因為材料老化和接觸點(diǎn)電阻過(guò)大問(wèn)題而產(chǎn)生過(guò)熱現象，可能導致重大安全事故的發(fā)生。本文主要闡述了無(wú)線(xiàn)測溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的相關(guān)應用，用以安全、持續性、實(shí)時(shí)地在線(xiàn)監測高壓開(kāi)關(guān)柜易出現過(guò)熱情況的位置，做到事故的提前預防。

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜;過(guò)熱；無(wú)線(xiàn)測溫裝置；在線(xiàn)監測

       目前,越來(lái)越多的電力用戶(hù)開(kāi)始在高壓開(kāi)關(guān)柜內加裝溫度實(shí)時(shí)監測系統,用來(lái)實(shí)時(shí)掌握高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度變化趨勢和運行狀態(tài)，做到事故隱患及時(shí)排查,并合理預留設備檢修時(shí)間。然而，由于高壓開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)柜內的電磁環(huán)境惡劣，現有的高壓開(kāi)關(guān)柜測溫技術(shù)都存在著(zhù)各種各樣的局限性。

       比較常見(jiàn)的測溫技術(shù)包括光纖測溫、紅外測溫和無(wú)線(xiàn)感應測溫。光纖測溫時(shí),其內部光纖在長(cháng)時(shí)間使用后會(huì )積累大量灰塵，易導致光纖沿面的放電和閃絡(luò )現象，造成光纖的絕緣性能降低，并給高壓開(kāi)關(guān)柜的安全運行帶來(lái)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(lái)實(shí)現測量,無(wú)法實(shí)現溫度的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測；無(wú)線(xiàn)感應測溫則需要在高壓開(kāi)關(guān)柜內加裝感應線(xiàn)圈,在長(cháng)期運行過(guò)程中很難保證其測量的可靠性和穩定性。

       而無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)采用了無(wú)源無(wú)線(xiàn)的傳感器和無(wú)線(xiàn)接收單元，其分別安裝于高壓柜內的測溫點(diǎn)和開(kāi)關(guān)柜柜外的電氣小室，由于傳感器本身無(wú)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。

       無(wú)線(xiàn)測溫裝置系統由無(wú)線(xiàn)測溫傳感器、數據讀取器、數據接收天線(xiàn)和后臺監控系統等組成，可以方便地安裝在被測點(diǎn)上,準確跟蹤發(fā)熱點(diǎn)的溫度變化，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式將數據通過(guò)接收天線(xiàn)發(fā)送給數據讀取器,從而進(jìn)行對被測點(diǎn)溫度信息的實(shí)時(shí)采集之后通過(guò)RS485通信方式將溫度信息傳輸到后臺監控系統,在后臺實(shí)時(shí)顯示出被測點(diǎn)的溫度變化，方便運行人員實(shí)時(shí)掌控全廠(chǎng)高壓開(kāi)關(guān)的運行情況。

無(wú)線(xiàn)測溫裝置的系統優(yōu)勢包括:

       (1)無(wú)須電池。無(wú)線(xiàn)測溫傳感器采用被動(dòng)感應的方式，無(wú)需利用電池進(jìn)行驅動(dòng)，因此減少了電池更換所帶來(lái)的時(shí)間間隔和維護成本，同時(shí)不會(huì )因產(chǎn)生廢舊電池而對生態(tài)環(huán)境造成影響。

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

       (3)安裝過(guò)程方便靈活。傳感器本體的體積較小，且與讀入器之間進(jìn)行數據的無(wú)線(xiàn)傳輸,因此安裝過(guò)程靈活方便，不受開(kāi)關(guān)柜結構和空間的影響。

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

       (5)性?xún)r(jià)比高。無(wú)源無(wú)線(xiàn)的系統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(gè)系統的安裝、運維成本下降。

3.1系統結構圖

       如圖2所示，整個(gè)無(wú)線(xiàn)測溫系統共分為三層：一層:無(wú)線(xiàn)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(guò)數據接收天線(xiàn),接收來(lái)自無(wú)線(xiàn)測溫傳感器發(fā)送的數據并進(jìn)行相關(guān)處理;三層:站內所有數據讀取器通過(guò)RS485進(jìn)行串聯(lián)，然后將數據讀取器處理過(guò)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(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

3.2 無(wú)線(xiàn)測溫傳感器的安裝

       高壓開(kāi)關(guān)柜內的每個(gè)測溫點(diǎn)都需要安裝一個(gè)無(wú)線(xiàn)測溫傳感器，用于對該點(diǎn)位的實(shí)時(shí)溫度測量。無(wú)線(xiàn)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(jìn)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(jìn)行安裝;卡環(huán)式通常用于斷路器動(dòng)觸頭處的監測安裝,使無(wú)線(xiàn)測溫傳感器能方便地卡在動(dòng)觸頭上。由于高壓開(kāi)關(guān)柜一般用于監測斷路器觸頭、隔離刀閘觸頭和進(jìn)線(xiàn)電纜頭等易發(fā)熱點(diǎn)位，因此當無(wú)線(xiàn)測溫傳感器被安裝在這些發(fā)熱點(diǎn)處時(shí)，要求無(wú)線(xiàn)傳感器底板和母排需要緊密接觸并固定，不能出現底板翹起等現象。

3.3 數據接收天線(xiàn)和數據讀取器安裝

       數據接收天線(xiàn)是通過(guò)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(kāi)關(guān)柜的結構復雜,為了保證信號的穩定和強度，所以一般要求每3個(gè)監測點(diǎn)至少需要配置一根數據接收天線(xiàn)用于接收無(wú)線(xiàn)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(gè)無(wú)線(xiàn)測溫傳感器進(jìn)行監測，那就需要2根天線(xiàn)用于接收數據，且要調整數據接收天線(xiàn)的位置使其接收到的信號較強和穩定。數據讀取器是通過(guò)導軌方式安裝在開(kāi)關(guān)柜電氣小室，并連接天線(xiàn),V+/V-連接電源(DC24V-DC36V)、PE接地、DATA+/DATA-接RS485通信線(xiàn)到中控后臺等，同時(shí)需要保證讀取器上的接地點(diǎn)安全接地。接收天線(xiàn)和數據讀取器的安裝位點(diǎn)如圖4所示

3.4 后臺實(shí)時(shí)監測數據

       后臺監控系統由顯示器和工控機組成,在安裝實(shí)時(shí)監控軟件后，能夠自動(dòng)接收無(wú)線(xiàn)測溫傳感器測得的實(shí)時(shí)溫度數據。溫度數據保存在數據庫中，用戶(hù)可以設定時(shí)間區間、監控對象進(jìn)行歷史溫度信息的查詢(xún)。同時(shí),用戶(hù)還可以在主站系統中某一具體的被測設備或無(wú)線(xiàn)測溫傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度信息采集。當設備溫度的值或溫度的變化率過(guò)上限，系統可為運行管理人員提供告警信息，以便及時(shí)或預知性的發(fā)現和排除故障，從而較大限度地保障電力設備的安全穩定運行。同時(shí)，用戶(hù)可以方便地查看歷史溫度信息，并通過(guò)列表、曲線(xiàn)等多種展現形式進(jìn)行展現。

4.1 概述

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

       Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS 485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場(chǎng)所

       適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

4.3系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.4系統功能

       測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

4.4.1 溫度顯示

       顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

4.4.2 溫度曲線(xiàn)

       查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

4.4.3 運行報表

       查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

4.4.4 實(shí)時(shí)告警

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

4.4.5 歷史事件查詢(xún)

能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

4.5系統硬件配置

       溫度在線(xiàn)監測系統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主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

       無(wú)線(xiàn)測溫裝置系統解決了不易對高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱部位進(jìn)行溫度監測的難題，其無(wú)線(xiàn)測溫傳感器能夠安全、方便地安裝在咼壓開(kāi)關(guān)柜斷路器觸頭、隔離開(kāi)關(guān)觸頭、電纜接頭和母排連接處，完成溫度實(shí)時(shí)監測，并通過(guò)數據接收天線(xiàn)接收無(wú)線(xiàn)測溫傳感器的溫度數據,傳輸數據讀取器進(jìn)行解析，然后通過(guò)RS485通信傳輸給后臺監控系統，為運行管理人員展現高壓柜的實(shí)時(shí)運行情況,保證電網(wǎng)的安全可靠運行。

       [1] 溫琪.高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

       [2] 項首有.高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統的設計及應用[J].電世界,2017,58(8)：19.

       [3] 李冬，牟元恩,張營(yíng).高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計[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(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統設計及可靠性研究[J].高壓電器，2015,51(6)： 152-160.

       [5] 劉昊.無(wú)線(xiàn)測溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的應用