淺談無(wú)線測(cè)溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的應(yīng)用及選型

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中，其斷路器觸點(diǎn)、隔離開(kāi)關(guān)和母線連接處等位置會(huì)因?yàn)椴牧侠匣徒佑|點(diǎn)電阻過(guò)大問(wèn)題而產(chǎn)生過(guò)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(wú)線測(cè)溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的相關(guān)應(yīng)用，用以安全、持續(xù)性、實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜易出現(xiàn)過(guò)熱情況的位置，做到事故的提前預(yù)防。

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜;過(guò)熱；無(wú)線測(cè)溫裝置；在線監(jiān)測(cè)

       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(nèi)加裝溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用來(lái)實(shí)時(shí)掌握高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度變化趨勢(shì)和運(yùn)行狀態(tài)，做到事故隱患及時(shí)排查,并合理預(yù)留設(shè)備檢修時(shí)間。然而，由于高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的設(shè)備組成較多，且布置結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其間存在有較大的電流和電壓，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電磁環(huán)境惡劣，現(xiàn)有的高壓開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫技術(shù)都存在著各種各樣的局限性。

       比較常見(jiàn)的測(cè)溫技術(shù)包括光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫和無(wú)線感應(yīng)測(cè)溫。光纖測(cè)溫時(shí),其內(nèi)部光纖在長(zhǎng)時(shí)間使用后會(huì)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(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患；紅外測(cè)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(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量,無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；無(wú)線感應(yīng)測(cè)溫則需要在高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加裝感應(yīng)線圈,在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中很難保證其測(cè)量的可靠性和穩(wěn)定性。

       而無(wú)線測(cè)溫技術(shù)采用了無(wú)源無(wú)線的傳感器和無(wú)線接收單元，其分別安裝于高壓柜內(nèi)的測(cè)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(hù)性。

       無(wú)線測(cè)溫裝置系統(tǒng)由無(wú)線測(cè)溫傳感器、數(shù)據(jù)讀取器、數(shù)據(jù)接收天線和后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)等組成，可以方便地安裝在被測(cè)點(diǎn)上,準(zhǔn)確跟蹤發(fā)熱點(diǎn)的溫度變化，并通過(guò)無(wú)線傳輸方式將數(shù)據(jù)通過(guò)接收天線發(fā)送給數(shù)據(jù)讀取器,從而進(jìn)行對(duì)被測(cè)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?shù)胶笈_(tái)監(jiān)控系統(tǒng),在后臺(tái)實(shí)時(shí)顯示出被測(cè)點(diǎn)的溫度變化，方便運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌控全廠高壓開(kāi)關(guān)的運(yùn)行情況。無(wú)線測(cè)溫裝置系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

無(wú)線測(cè)溫裝置的系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)包括:

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

       (2)安全可靠。無(wú)線測(cè)溫裝置不要求在被測(cè)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(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(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸,因此安裝過(guò)程靈活方便，不受開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)和空間的影響。

       (4)環(huán)境適應(yīng)性好。通過(guò)匹配軟件的校正，可以補(bǔ)償溫度傳感器在制作過(guò)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(huì)受到季節(jié)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(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(huì)對(duì)溫度傳感器的準(zhǔn)確性造成影響。

       (5)性?xún)r(jià)比高。無(wú)源無(wú)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(gè)系統(tǒng)的安裝、運(yùn)維成本下降。

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       如圖2所示，整個(gè)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)共分為三層：一層:無(wú)線測(cè)溫傳感器采集測(cè)溫位置的溫度數(shù)據(jù)；二層:數(shù)據(jù)讀取器通過(guò)數(shù)據(jù)接收天線,接收來(lái)自無(wú)線測(cè)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(guò)RS485進(jìn)行串聯(lián)，然后將數(shù)據(jù)讀取器處理過(guò)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(cè)溫工控機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

3.2 無(wú)線測(cè)溫傳感器的安裝

       高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)都需要安裝一個(gè)無(wú)線測(cè)溫傳感器，用于對(duì)該點(diǎn)位的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量。無(wú)線測(cè)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(jiān)測(cè)安裝,使無(wú)線測(cè)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(jiān)測(cè)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(wú)線測(cè)溫傳感器被安裝在這些發(fā)熱點(diǎn)處時(shí)，要求無(wú)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(guò)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(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為了保證信號(hào)的穩(wěn)定和強(qiáng)度，所以一般要求每3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)至少需要配置一根數(shù)據(jù)接收天線用于接收無(wú)線測(cè)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(gè)無(wú)線測(cè)溫傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(hào)較強(qiáng)和穩(wěn)定。數(shù)據(jù)讀取器是通過(guò)導(dǎo)軌方式安裝在開(kāi)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(tái)等，同時(shí)需要保證讀取器上的接地點(diǎn)安全接地。接收天線和數(shù)據(jù)讀取器的安裝位點(diǎn)如圖4所示

3.4 后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

       后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)由顯示器和工控機(jī)組成,在安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件后，能夠自動(dòng)接收無(wú)線測(cè)溫傳感器測(cè)得的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。溫度數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶(hù)可以設(shè)定時(shí)間區(qū)間、監(jiān)控對(duì)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(tǒng)中某一具體的被測(cè)設(shè)備或無(wú)線測(cè)溫傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的溫度信息采集。當(dāng)設(shè)備溫度的值或溫度的變化率過(guò)上限，系統(tǒng)可為運(yùn)行管理人員提供告警信息，以便及時(shí)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(shí)，用戶(hù)可以方便地查看歷史溫度信息，并通過(guò)列表、曲線等多種展現(xiàn)形式進(jìn)行展現(xiàn)。

4.1 概述

       電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)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(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，防止在運(yùn)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(shè)備安全保障，及時(shí)、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(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶(hù)管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)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。

4.2應(yīng)用場(chǎng)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(chǎng)、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(cè)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

       測(cè)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(kāi)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

4.4.3 運(yùn)行報(bào)表

       查詢(xún)及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

4.4.4 實(shí)時(shí)告警

       系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(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(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

       溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)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(cè)。

       無(wú)線測(cè)溫裝置系統(tǒng)解決了不易對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜發(fā)熱部位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)的難題，其無(wú)線測(cè)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(jiān)測(cè)，并通過(guò)數(shù)據(jù)接收天線接收無(wú)線測(cè)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(guò)RS485通信傳輸給后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，為運(yùn)行管理人員展現(xiàn)高壓柜的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

       [1] 溫琪.高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2014.

       [2] 項(xiàng)首有.高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)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)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].江蘇科技信息，2017(24) :59-60.

       [4] 陳雪薇，馬國(guó)明，李成榕，等.高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性研究[J].高壓電器，2015,51(6)： 152-160.

       [5] 劉昊.無(wú)線測(cè)溫裝置在高壓開(kāi)關(guān)柜上的應(yīng)用

       [6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022年05版