李明君
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：高壓開關(guān)柜在長時間運(yùn)行過程中，其斷路器觸點(diǎn)、隔離開關(guān)和母線連接處等位置會因?yàn)椴牧侠匣徒佑|點(diǎn)電阻過大問題而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，可能導(dǎo)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(guān)柜上的相關(guān)應(yīng)用，用以安全、持續(xù)性、實(shí)時地在線監(jiān)測高壓開關(guān)柜易出現(xiàn)過熱情況的位置，做到事故的提前預(yù)防。
關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)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(guān)柜內(nèi)加裝溫度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),用來實(shí)時掌握高壓開關(guān)柜的溫度變化趨勢和運(yùn)行狀態(tài)，做到事故隱患及時排查,并合理預(yù)留設(shè)備檢修時間。然而，由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部的設(shè)備組成較多，且布置結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，其間存在有較大的電流和電壓，導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)的電磁環(huán)境惡劣，現(xiàn)有的高壓開關(guān)柜測溫技術(shù)都存在著各種各樣的局限性。
比較常見的測溫技術(shù)包括光纖測溫、紅外測溫和無線感應(yīng)測溫。光纖測溫時,其內(nèi)部光纖在長時間使用后會積累大量灰塵，易導(dǎo)致光纖沿面的放電和閃絡(luò)現(xiàn)象，造成光纖的絕緣性能降低，并給高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行帶來隱患；紅外測溫設(shè)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(shí)現(xiàn)測量,無法實(shí)現(xiàn)溫度的在線實(shí)時監(jiān)測；無線感應(yīng)測溫則需要在高壓開關(guān)柜內(nèi)加裝感應(yīng)線圈,在長期運(yùn)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(shù)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(nèi)的測溫點(diǎn)和開關(guān)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(hù)性。
2 無線測溫裝置實(shí)施方案
無線測溫裝置系統(tǒng)由無線測溫傳感器、數(shù)據(jù)讀取器、數(shù)據(jù)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(diǎn)上,準(zhǔn)確跟蹤發(fā)熱點(diǎn)的溫度變化，并通過無線傳輸方式將數(shù)據(jù)通過接收天線發(fā)送給數(shù)據(jù)讀取器,從而進(jìn)行對被測點(diǎn)溫度信息的實(shí)時采集之后通過RS485通信方式將溫度信息傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控系統(tǒng),在后臺實(shí)時顯示出被測點(diǎn)的溫度變化，方便運(yùn)行人員實(shí)時掌控全廠高壓開關(guān)的運(yùn)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(yīng)的方式，無需利用電池進(jìn)行驅(qū)動，因此減少了電池更換所帶來的時間間隔和維護(hù)成本，同時不會因產(chǎn)生廢舊電池而對生態(tài)環(huán)境造成影響。
(2)安全可靠。無線測溫裝置不要求在被測點(diǎn)或相關(guān)支撐結(jié)構(gòu)上進(jìn)行連線，因此在傳感器與接收設(shè)備之間不存在相關(guān)電氣聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)了高壓隔離，可以保障設(shè)備的安全運(yùn)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(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸,因此安裝過程靈活方便，不受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間的影響。
(4)環(huán)境適應(yīng)性好。通過匹配軟件的校正，可以補(bǔ)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(nèi)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(jìn)行一次調(diào)試，之后多年內(nèi)不需再進(jìn)行校正。此外，沾污、積灰等情況也不會對溫度傳感器的準(zhǔn)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(shè)備的安全運(yùn)行，減少了設(shè)備的維修次數(shù),使整個系統(tǒng)的安裝、運(yùn)維成本下降。
3 無線測溫裝置在高壓開關(guān)柜上的應(yīng)用
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)；二層:數(shù)據(jù)讀取器通過數(shù)據(jù)接收天線,接收來自無線測溫傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)處理;三層:站內(nèi)所有數(shù)據(jù)讀取器通過RS485進(jìn)行串聯(lián)，然后將數(shù)據(jù)讀取器處理過的所有數(shù)據(jù)發(fā)送到站內(nèi)交換機(jī)，之后傳送到達(dá)站內(nèi)測溫工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示。
3.2 無線測溫傳感器的安裝
高壓開關(guān)柜內(nèi)的每個測溫點(diǎn)都需要安裝一個無線測溫傳感器，用于對該點(diǎn)位的實(shí)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(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(guān)柜一般用于監(jiān)測斷路器觸頭、隔離刀閘觸頭和進(jìn)線電纜頭等易發(fā)熱點(diǎn)位，因此當(dāng)無線測溫傳感器被安裝在這些發(fā)熱點(diǎn)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(shù)據(jù)接收天線和數(shù)據(jù)讀取器安裝
數(shù)據(jù)接收天線是通過底部的強(qiáng)永磁鐵吸附在柜外電氣小室內(nèi),安裝位置靈活方便，由于高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為了保證信號的穩(wěn)定和強(qiáng)度，所以一般要求每3個監(jiān)測點(diǎn)至少需要配置一根數(shù)據(jù)接收天線用于接收無線測溫傳感器的溫度數(shù)據(jù)，比如:斷路器上、下靜觸頭處安裝了6個無線測溫傳感器進(jìn)行監(jiān)測，那就需要2根天線用于接收數(shù)據(jù)，且要調(diào)整數(shù)據(jù)接收天線的位置使其接收到的信號較強(qiáng)和穩(wěn)定。數(shù)據(jù)讀取器是通過導(dǎo)軌方式安裝在開關(guān)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(diǎn)安全接地。接收天線和數(shù)據(jù)讀取器的安裝位點(diǎn)如圖4所示
3.4 后臺實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)
后臺監(jiān)控系統(tǒng)由顯示器和工控機(jī)組成,在安裝實(shí)時監(jiān)控軟件后，能夠自動接收無線測溫傳感器測得的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，用戶可以設(shè)定時間區(qū)間、**監(jiān)控對象進(jìn)行歷史溫度信息的查詢。同時,用戶還可以在主站系統(tǒng)中**某一具體的被測設(shè)備或無線測溫傳感器進(jìn)行實(shí)時的溫度信息采集。當(dāng)設(shè)備溫度的值或溫度的變化率過上限，系統(tǒng)可為運(yùn)行管理人員提供告警信息，以便及時或預(yù)知性的發(fā)現(xiàn)和排除故障，從而較大限度地保障電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)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(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)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(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(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較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，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)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
4.2應(yīng)用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.4系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(nèi)每個測溫點(diǎn)的實(shí)時值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
4.4.2 溫度曲線
查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。
4.4.3 運(yùn)行報表
查詢及打印各測溫點(diǎn)**時間的溫度數(shù)據(jù)。
4.4.4 實(shí)時告警
系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)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(shè)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(jī)組成，實(shí)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)語
無線測溫裝置系統(tǒng)解決了不易對高壓開關(guān)柜發(fā)熱部位進(jìn)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(guān)柜斷路器觸頭、隔離開關(guān)觸頭、電纜接頭和母排連接處，完成溫度實(shí)時監(jiān)測，并通過數(shù)據(jù)接收天線接收無線測溫傳感器的溫度數(shù)據(jù),傳輸數(shù)據(jù)讀取器進(jìn)行解析，然后通過RS485通信傳輸給后臺監(jiān)控系統(tǒng)，為運(yùn)行管理人員展現(xiàn)高壓柜的實(shí)時運(yùn)行情況,保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 溫琪.高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.
[2] 項(xiàng)首有.高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].電世界,2017,58(8)：19.
[3] 李冬，牟元恩,張營.高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)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(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)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(guān)柜上的應(yīng)用
[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022年05版
作者簡介：李明君，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榕潆姳O(jiān)測
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