關(guān)于高壓開關(guān)柜在線測溫方案的應(yīng)用探討

任運業(yè)

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

摘要：全封閉式高壓開關(guān)柜在配電網(wǎng)中大量使用，運行可靠性得以大幅提高，由于高壓開關(guān)柜全封閉的特點及無人值守運行模式給日常巡視工作帶來了困難，尤其柜內(nèi)一次電氣接頭的發(fā)熱不易及時發(fā)現(xiàn)，易造成故障范圍的擴大，通過對高壓開關(guān)柜在線測溫方案探討分析，提出了一種全新的測溫方案，以滿足不同現(xiàn)場條件的需求。

關(guān)鍵詞：接頭發(fā)熱?測溫?傳輸方式?探討

目前隨著全封閉式高壓開關(guān)柜在10kV系統(tǒng)電網(wǎng)中的大量使用，對其可靠性也提出了更高的要求，然而在長期的運行中開關(guān)柜內(nèi)部電氣接頭的異常發(fā)熱已成為影響開關(guān)柜安全運行眾多因素中常見的問題。針對目前高壓設(shè)備溫度監(jiān)測的現(xiàn)狀，高壓電氣接點溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決了在常規(guī)的溫度監(jiān)測手段中所遇到的問題，為避免高壓電氣設(shè)備事故起到了很好的預(yù)警作用。

1.1?紅外測溫法

紅外測溫是非接觸式測溫方式，即利用紅外線點溫儀通過對全封閉式高壓開關(guān)柜柜門上的巡視玻璃看窗進行測溫，但由于玻璃的反射作用，造成測溫誤差較大，因此該測溫方法是不可行的。針對此問題將玻璃看窗換成價格昂貴的紅外線玻璃看窗，解決現(xiàn)場的測溫問題，但卻無法實現(xiàn)遠傳，不利于集控站實時監(jiān)測。

1.2?無線測溫法

將無線測溫探頭固定在封閉柜內(nèi)待測溫的電氣接頭上，無線接收裝置則放置在柜外，實現(xiàn)了無線實時測溫，并能夠進行后臺監(jiān)控。該測溫方法的缺點是：封閉式開關(guān)柜內(nèi)的運行環(huán)境十分惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，由于高壓開關(guān)柜各隔室除電纜室玻璃看窗外均采用金屬擋板進行密封處理，降低了無線測溫設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸度和可靠性，測溫探頭內(nèi)電池的無線發(fā)功率比較小，抗電磁干擾差，也會導(dǎo)致測溫數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤。

1.3?光纖光柵傳感器

該設(shè)備抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫以及信號衰減比較小、質(zhì)輕、集信息傳感與傳輸于一身等，有效解決常規(guī)檢測技術(shù)中無法解決的測量難題，但是由于一個測溫點的價格就高達3000元以上，因此在變電站中推廣應(yīng)用受到一定的制約。為解決高壓開關(guān)觸頭處于高電壓、高溫度、強磁場的電磁干擾環(huán)境中，實現(xiàn)對觸頭的測溫及測溫裝置造價成本過高不易大面積推等問題，各廠家及科研機構(gòu)主要針對無線測溫方法中的信號傳輸頻率、抗干擾性進行了研究，為在線測溫方法的多樣性提供了現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

超溫遠程報警系統(tǒng)從功能角度可以分成三部分：用于監(jiān)測被測電氣接頭溫度的溫度采集模塊、用于接收電氣接頭溫度報警的紅外接收模塊、用于查看報警信息及其功能設(shè)置的顯示終端模塊及后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1?溫度采集模塊的組成

由溫度傳感器、單片機、紅外發(fā)射器、電池等元器件組成。通過模塊內(nèi)的單片機可實現(xiàn)溫度監(jiān)測、電池電壓檢測以及通過與顯示終端模塊的對答功能，實現(xiàn)每一個溫度采集模塊ID地址的配置。溫度采集模塊固定在待監(jiān)測的三相電纜終端接頭附件的金屬導(dǎo)電體上，在監(jiān)測到電氣接頭的溫度達到報警溫度閥值時（溫度閥值設(shè)為70°），啟動單片機將配置的ID地址及溫度數(shù)據(jù)組合后編碼調(diào)制通過紅外發(fā)射器進行紅外數(shù)據(jù)傳輸。

2.2?紅外接收模塊的組成

由單片機、紅外收發(fā)器、485通訊等元器件組成?？蓪崿F(xiàn)溫度報警信號的紅外數(shù)據(jù)接收，接收到的數(shù)據(jù)信號經(jīng)單片機解碼后通過485通訊接口傳輸?shù)斤@示終端模塊。接收模塊的外殼采用磁吸設(shè)計，可方便地吸附在金屬柜體的內(nèi)部，確保接收的靈敏性。

2.3?顯示終端模塊組成

顯示終端模塊主要由終端單片機、液晶屏、設(shè)置按鍵、LED顯示及485通訊接口、電源、繼電器等元器件組成。紅外接收模塊接收到的數(shù)據(jù)信號通過485通訊接口傳輸?shù)斤@示終端模塊內(nèi)的單片機上去控制相應(yīng)的LED燈顯示，起到指明某個電氣接頭監(jiān)測點發(fā)熱的作用。同時啟動繼電器輸出開出量用于給上位機上傳報警信號。

2.4?溫度采集模塊的紅外遙控編碼傳輸協(xié)議

溫度采集模塊的編碼調(diào)制采用NEC編碼傳輸協(xié)議，其特點：8位地址和8位命令，為提高可靠性，地址和命令都分別傳輸2次，第2次為反碼傳輸。脈沖間隔調(diào)制：38kHz載波頻率；每一位時間為1.12ms（0）或2.25ms（1），調(diào)制采用脈沖間隔時間調(diào)制每一位。每一個脈沖都是560uS長度的38kHz載波脈沖，占空比為1/4或1/3（約21個周期），邏輯1：2.25ms，邏輯0：1.12ms，實現(xiàn)高壓柜內(nèi)每個溫度采集器模塊地址的準(zhǔn)確性。

2.5?溫度采集模塊ID地址的配置

長按溫度采集模塊上的按鍵開關(guān)3s以上，給溫度傳感器單片機輸入高電平信號，單片機芯片采用NEC紅外遙控協(xié)議調(diào)制成38kHZ載波頻率輸入到紅外線發(fā)射器上，紅外接收模塊上的紅外接收器接收到這個紅外發(fā)射信號后，通過紅外接收器內(nèi)部電路對調(diào)制信號進行解調(diào)比較后輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形后輸送給紅外接收模塊內(nèi)部的接收頭單片機芯片，接收頭單片機芯片隨機產(chǎn)生8位2進制ID地址信號后采用NEC協(xié)議進行編碼調(diào)制輸出給紅外發(fā)射器，溫度采集模塊上的紅外接收器接收到這個信號后經(jīng)解碼輸入到溫度采集模塊上的單片機芯片上存入這個ID地址，至此這個溫度采集模塊有了準(zhǔn)確性ID地址，為顯示終端識別這個溫度采集模塊提供了先決條件，

溫度采集器模塊通過硅膠綁帶方式將溫度傳感器的感溫面直接貼合固定在被測A、B、C三相電氣接頭上待測電氣接頭附近的金屬導(dǎo)電體表面上。

紅外接收模塊的外殼具有磁吸功能，可吸附在高壓開關(guān)柜的內(nèi)壁上可方便紅外接收角度的調(diào)整。

顯示終端模塊安裝在高壓柜儀表室內(nèi)，由柜內(nèi)電源提供工作電源，開出量端子與綜合保護裝置的開入量端子連接（圖1）。

4.1概述

電氣接點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，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(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RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通訊，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)備運行狀況，實現(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(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

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)。

溫度曲線

查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

運行報表

查詢及打印各測溫點某一時間的溫度數(shù)據(jù)。

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，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

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。

4.5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。

近年來，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設(shè)備過熱而發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故。分析表明，我國每年發(fā)生的電力事故，有40％是由高壓電氣設(shè)備過熱所致；而在采用高壓開關(guān)柜和電力電纜的供電系統(tǒng)中，有70％以上的電纜運行故障是因為連接部位接觸電阻變大、過負(fù)荷等引起接頭溫度過高所致。如某110kV變電站就出現(xiàn)過因饋出線電纜接頭及開關(guān)一次觸頭發(fā)熱起火，燒掉3面10kV全封閉式高壓開關(guān)致使全站長時間停電，造成了巨大的經(jīng)濟損失。地方大型化工企業(yè)等為保證供電的可靠性生產(chǎn)的連續(xù)性，電纜接頭測溫已成為高壓開關(guān)柜的標(biāo)配，但受制于技術(shù)的可靠性及安裝成本的過高，還未能大面積推廣，但隨著技術(shù)的成熟，成本的降低，相信會有很大的市場需求。

[1] 謝慶華.紅外診斷技術(shù)在帶電設(shè)備缺陷診斷中的運用[J].四川電力技術(shù)，2008（8）：51-54.

[2] 林立鋒.帶電設(shè)備紅外測溫定位技術(shù)探討[J].電子世界，2017（19）：199-200.

[3] 魏曉艷，李軍.紅外通訊技術(shù)與藍牙技術(shù)比較[J].電子元器件應(yīng)用，2007（4）：68-69；

[4] 王炳國，胡金海，潘東生.高壓開關(guān)柜在線測溫方案的探討分析

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，從事配電監(jiān)測的研究與應(yīng)用。