無線測(cè)溫技術(shù)在35kV高壓開關(guān)柜中的深度應(yīng)用與性能優(yōu)化策略

摘要：近年來，隨著電力市場(chǎng)需求的日益增長，高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其本身的安全性、經(jīng)濟(jì)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(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用情況﹐介紹了技術(shù)特點(diǎn)和工作原理﹐對(duì)其在35 kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用進(jìn)行歸納，以及變電站的無源無線測(cè)溫系統(tǒng)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無線測(cè)溫；技術(shù)；應(yīng)用

0引言

隨著電力市場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需求不斷增加，對(duì)電力供應(yīng)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(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。全封閉高壓開關(guān)柜在長時(shí)間的高負(fù)載下，其散熱性能不佳，容易導(dǎo)致熱聚集，溫度上升會(huì)對(duì)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(cè)到動(dòng)觸點(diǎn)與柜內(nèi)靜接觸位置連接、接地刀閘分合等情況，不能對(duì)柜體內(nèi)部進(jìn)行溫度測(cè)量，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)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(zāi)和大面積停電。

1高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用意義

電氣設(shè)備的導(dǎo)電連接部位松動(dòng)，刀閘、斷路器接觸松動(dòng)等，都會(huì)使設(shè)備的溫度聚集，使有關(guān)部件的性能惡化，從而引發(fā)導(dǎo)線的熔融、絕緣擊穿，嚴(yán)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(huì)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)變電站內(nèi)的各種信息進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，但目前變電站對(duì)主要設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)還處在初級(jí)階段，監(jiān)控范圍小，尤其是在密閉設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)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(shè)備基本上都是封閉的，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是不可能的，有些裝置還采取了開孔和紅外線測(cè)溫器的方法，但其缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)地收集和發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)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(chǎng)才能顯現(xiàn)效果，并且只適合于裸露的設(shè)備；但是，該模型的安全性更高。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法不能滿足無人值守站對(duì)主要設(shè)備的關(guān)鍵位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。研制一套適用范圍廣、安全可靠的測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)重要設(shè)備（尤其是密閉裝置）的關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，采取措施，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。

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

2.1無線測(cè)溫的原理

無線測(cè)溫的基本原理是：溫度傳感器、紅外溫度傳感器、半導(dǎo)體傳感器、表面溫度傳感器、被動(dòng)無線傳感器。熱敏傳感器的工作原理是，電阻會(huì)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(cè)溫度變化；缺點(diǎn)是，阻值非線性，溫度范圍要求嚴(yán)格，元件易老化，使用壽命相對(duì)較短，隨著使用年限的縮短，精度及穩(wěn)定性也會(huì)下降。紅外溫度計(jì)的特點(diǎn)是無接觸式，不干擾被測(cè)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(dǎo)體傳感器的精度較高，但與熱敏電阻器相比，它的反應(yīng)時(shí)間要比熱敏電阻器慢。半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)勢(shì)在于安全性高，識(shí)別精度高，可靠性更高。它的特點(diǎn)是采用被動(dòng)式測(cè)溫，采用無線傳輸?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜溫度的測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是體積較小，能耗低，但其缺點(diǎn)是訊號(hào)傳送距離較短，而且傳送時(shí)不能有障礙物，若受測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)位移或振動(dòng)，則會(huì)造成 相位的改變，從而影響溫度測(cè)量的精度。被動(dòng)式無線感應(yīng)器采用能源采集方式來獲取感應(yīng)器所需的能源，摒棄了電池與常規(guī) CT的取電方式。利用等電位法實(shí)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(diǎn)，是未來無線溫度測(cè)量的發(fā)展方向。

2.2該測(cè)溫的技術(shù)特點(diǎn)

以下是關(guān)于無源無線溫度測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)特性，即當(dāng)母排經(jīng)過交流電時(shí)，會(huì)在母排附近形成一個(gè)交變磁場(chǎng)，通常這些磁場(chǎng)會(huì)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(chǎng)中的能量在金屬條流動(dòng)，而在金屬條上則有一個(gè)線圈，當(dāng)電流聚集到一起時(shí)， MCU就會(huì)釋放出足夠的電流，然后再用無線網(wǎng)絡(luò)將熱量傳遞給 MCU。該傳感器采用了原來沒用的交流磁場(chǎng)，為 MCU提供能量，使其在不使用電池的情況下，可以長時(shí)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(dāng)一次電流很大時(shí)，二次電流會(huì)被大量的二次電流所吸收，導(dǎo)致二次電流無法釋放，造成危險(xiǎn)。被動(dòng)式無線傳感器采用一種特別的合金，其線性范圍很小，磁場(chǎng)迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，初級(jí)電流持續(xù)上升，電流幾乎沒有增長，因此不需要加熱設(shè)備，也不會(huì)產(chǎn)生渦流和溫度上升。

被動(dòng)式無線溫度計(jì)，其體積較小，安裝完畢后，其高度與動(dòng)接觸鐵環(huán)之高﹐基本不會(huì)對(duì)絕緣距離產(chǎn)生任何影響，也不會(huì)影響電力裝置的安全性。被動(dòng)式無線感應(yīng)器的訊號(hào)要從開關(guān)柜里傳出，相隔二十多米遠(yuǎn)，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(gè)感應(yīng)器，不會(huì)對(duì)電器安全產(chǎn)生任何影響。目前，我國的無線傳感設(shè)備大多采用高精度的進(jìn)口數(shù)碼傳感元件，且都是采用接觸式溫度測(cè)量。該傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)熱點(diǎn)附近的溫度變化的快速測(cè)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(huì)被刪除﹐所以不會(huì)由于傳送而產(chǎn)生有誤差的溫度。小型，可裝于動(dòng)觸頭、靜觸頭、變壓器進(jìn)出線、刀閘等部位，一種多個(gè)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(hào)碼都是固定的，只需要在接收設(shè)備上進(jìn)行匹配就可以，不需要進(jìn)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(yīng)器使用相同的波段進(jìn)行通信，所需的波段不會(huì)超過20 ms。被動(dòng)式無線測(cè)溫傳感器與其它環(huán)境溫濕度、帶電顯示、抽濕機(jī)、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(gè)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(shí)，還集成了 MODBUS、61850等標(biāo)準(zhǔn)接口，可實(shí)現(xiàn)與其它廠商的通信。為其它平臺(tái)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(dòng)式無線溫度計(jì)克服了電池供電不足的缺點(diǎn)，提供更多的電力，所以即使是在較高的溫度下，也可以進(jìn)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(jìn)，未來的溫度將會(huì)在-45~135攝氏度之間。

3無源無線測(cè)溫技術(shù)在35kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

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

4安科瑞無線測(cè)溫系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測(cè)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)行通訊，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。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。

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、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)。

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2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)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(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)。

1. 溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

1. 運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

1. 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)語音報(bào)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(shí)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(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

4.3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)。

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(cè)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(shè)備，如果出現(xiàn)故障，將會(huì)造成很大的影響。35 kV高壓開關(guān)柜使用無線測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量設(shè)備的安裝方便、快速測(cè)量結(jié)果，更符合當(dāng)今技術(shù)的快速發(fā)展。在未來的溫度測(cè)量技術(shù)中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用狀況，對(duì)使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和研究，并在不斷的學(xué)習(xí)和摸索中完善溫度測(cè)量系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬麗娜，楊陽.35 kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用分析

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

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10