淺談無線測溫技術(shù)在開關(guān)柜中應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的飛躍式發(fā)展，我國經(jīng)濟(jì)增長與電力增長形成了一個有機(jī)和無縫的連接?，F(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢逐漸轉(zhuǎn)向為大電網(wǎng)，這就對可靠性以及自動化水平有了進(jìn)一步的要求，同時也要求電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展。開關(guān)柜作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，對其進(jìn)行研究就顯得尤為重要。因此，文章針對目前國內(nèi)開 關(guān)柜發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行了淺要分析，探討了監(jiān)測溫度變化的重要性，提出了無線測溫技術(shù)的研究方向，并對未來開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了一定展望，以期為未來電力系統(tǒng)的良好發(fā)展奠定一定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；無線測溫；技術(shù)研制；技術(shù)應(yīng)用

       我國是人口大國，對于電力有很大的需求，相應(yīng)對于電氣化設(shè)備的可靠運(yùn)行也有進(jìn)一步的要求。開關(guān)柜作為確保電能質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，保證其穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。 

       一般情況下，由于開關(guān)柜通常是密閉空間，當(dāng)負(fù)荷增加以及長時間運(yùn)行時，就容易發(fā)生內(nèi)部過熱的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致異常溫升。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取合理的措施進(jìn)行干預(yù)，隨著時間的流逝，其溫升現(xiàn)象會越來越嚴(yán)重，開關(guān)柜內(nèi)絕緣件等設(shè)備的過熱程度會持續(xù)增加，不僅會影響使用壽命，而且會導(dǎo)致重大事故發(fā)生。此外，開關(guān)柜具有大電流的特點(diǎn)，這就引發(fā)了較為強(qiáng)烈的電磁輻射現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致測溫系統(tǒng)溫度監(jiān)測的不準(zhǔn)確，從而無法及時掌握溫度變化情況。另外，由于通常溫度傳感器需要直接安置于高壓被測物體上，并且保證一定的距離，這就容易引起溫度測量誤差的問題，進(jìn)而埋下隱患。

 

       開關(guān)柜發(fā)生故障的原因有很多，但究其根本還是由于開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)元件及線路長期處于大電流、高電壓工作狀況，且空間狹小不通風(fēng)，強(qiáng)大電流容易導(dǎo)致其內(nèi)部溫升加劇，一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行預(yù)防，很容易發(fā)生火災(zāi)等事故。因此，做好開關(guān)柜內(nèi)溫度監(jiān)測，避免發(fā)生過熱的現(xiàn)象，對于避免火災(zāi)等事故的發(fā)生具有十分重要的研究價值。

2.1溫度過高

       通常情況下，開關(guān)柜在正式應(yīng)用前會在實驗室內(nèi)進(jìn)行試驗檢測，檢測時間通常為8小時。然而，在實際應(yīng)用中，開關(guān)柜通常需要長時間、不間斷運(yùn)行，同時會持續(xù)性發(fā)熱，而溫升又是隨著時間不斷增加的，這就導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)無法滿足實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)變化范圍。另外，雖 然我國自動化水平穩(wěn)步提升，但是對于開關(guān)柜這種電氣設(shè)備安裝，通常還需要具有較強(qiáng)專業(yè)技術(shù)知識的工作人員進(jìn)行設(shè)計與安裝。在一定程度上，現(xiàn)場工作人員的違規(guī)操作也會導(dǎo)致溫升異常的情況發(fā)生。

2.2接頭故障

       開關(guān)柜在輸配電系統(tǒng)中承擔(dān)著重要角色，對于保護(hù)線路、監(jiān)測電量運(yùn)行情況具有不可忽視的影響。然而隨著工作時長的不斷增加，不可避免地會出現(xiàn)線路老化的問題，同時在長期大電流的作用下，也會在一定程度上導(dǎo)致接觸電阻增加，引起局部放電、高壓泄漏現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都容易引起開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)元件溫升現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，從而引發(fā)線路、設(shè)備著火現(xiàn)象，導(dǎo)致開關(guān)柜被燒毀，引起重大事故的發(fā)生。

       無線測溫技術(shù)在開關(guān)柜內(nèi)的應(yīng)用具有十分明顯的優(yōu)勢，通過將溫度傳感器直接安裝于需要測量溫度的關(guān)鍵部分，之后通過溫度傳感器獲取實時溫度以及其他工作狀態(tài)信息，通過無線信號進(jìn)行傳遞，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲。根據(jù)溫度信息變化標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測，一旦發(fā)生問題，可以及時有效地進(jìn)行報警，避免重大事故的發(fā)生。與此同時，通過對溫度變化情況進(jìn)行對比分析，可以形成相關(guān)報表，以便更好地對開關(guān)柜的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測。一方面可以解決開關(guān)柜內(nèi)空間狹小的問題，更好地安裝其他設(shè)備元件；另一方面可以提高監(jiān)測準(zhǔn)確度，彌補(bǔ)人工操作的不足，減少人工巡視工作量，降低運(yùn)維成本，對溫度異常情況進(jìn)行更為及時的監(jiān)測，避免事故的發(fā)生。

3.1無線測溫技術(shù)與蠟片示溫法的比較

       顯而易見，蠟片示溫法就是在被測物體表面涂抹一層可隨溫度情況進(jìn)行相應(yīng)顏色變化的發(fā)光材料，通過日常巡視，可以大致判斷開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)設(shè)備的溫升情況，避免重大事故的發(fā)生。然而這種方法精度很低，無法準(zhǔn)確測量溫度情況，對于相關(guān)技術(shù)的研發(fā)不具有參考價值，且容易發(fā)生蠟片脫落的現(xiàn)象，需要大量的人力進(jìn)行日常維護(hù)工作，運(yùn)維成本非常高， 

不利于對其進(jìn)行推廣應(yīng)用。與此相比，無線測溫技術(shù)十分的可靠，且無須進(jìn)行日常巡視，降低了運(yùn)維成本，具有很高的推廣使用價值。

3.2 無線測溫技術(shù)與常規(guī)測溫方法比較

       常見的測溫方法通常是通過溫度傳感器件進(jìn)行溫度監(jiān)控，比如，熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體等，通過溫度傳感器進(jìn)行信號的傳輸需要通過金屬導(dǎo)線作為介質(zhì)，這就導(dǎo)致無法保證其在開關(guān)柜的正常工作中可以具有穩(wěn)定的絕緣性能，因而無法應(yīng)用于開關(guān)柜的溫度監(jiān)測。與之相比，無線式測溫技術(shù)不需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，而是通過無線方式傳輸信號進(jìn)行溫度監(jiān)測，這就避免了金屬導(dǎo)電的問題，很好地保證了開關(guān)柜內(nèi)元件的運(yùn)行，因而可以直接應(yīng)用于開關(guān)柜內(nèi)，并對其溫度進(jìn)行準(zhǔn)確地實時監(jiān)測，避免事故的發(fā)生。

3.3 無線測溫技術(shù)與紅外測溫方法比較

       紅外線的使用通常需要將測溫裝置與被測物體間隔一定距離再進(jìn)行測溫，這就需要一定的空間來安裝其設(shè)備，然而開關(guān)柜內(nèi)通常是密閉狹小空間，因此無法應(yīng)用該技術(shù)。此外，由于該段距離的存在，導(dǎo)致紅外線易受到周外環(huán)境因素的影響，無法確保溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性，從而容易出工作疏漏的現(xiàn)象。與之相比，無線測溫技術(shù)通過將溫度傳感器直接安裝于被測物體表面，從而確保了溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性。 

3.4 無線測溫技術(shù)與光纖測溫方法比較 

       光纖測溫方法通過將溫度傳感器檢測到的信號經(jīng)光纖傳遞到測溫設(shè)備上，確保了溫度測量的準(zhǔn)確性并避免了導(dǎo)電的問題。然而開關(guān)柜內(nèi)空間狹小，并且設(shè)備元件復(fù)雜，線路多，這就給光纖的安置帶來了大的難度，同時光纖易受到環(huán)境的影響而發(fā)生斷裂，并且不耐高溫，都給其應(yīng)用帶來了一定的挑戰(zhàn)。與之相比，無線測溫技術(shù)的應(yīng)用可大限度地減少線路的布置，可以更好地對開關(guān)柜內(nèi)的空間進(jìn)行應(yīng)用。 

3.5 開關(guān)柜測溫技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 

       現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)通常嚴(yán)格按照國家電氣設(shè)備采購標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計規(guī)范安裝、使用開關(guān)柜，確保開關(guān)柜可以通過試驗驗證，特別是對于溫升現(xiàn)象的控制。在日常供電情況下，系統(tǒng)負(fù)荷通常不會與開關(guān)柜的設(shè)計滿容量相同，因此其溫升問題不會影響開關(guān)柜的正常運(yùn)行。然而，在實際應(yīng)用過程中，開關(guān)柜內(nèi)部溫度變化情況，尤其是母排連接點(diǎn)等部分，其溫升數(shù)值往往超過試驗值。

       隨著我國科技化水平不斷提高，雖然開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用得到了進(jìn)一步的完善與發(fā)展，并且電氣設(shè)備施工水平與施工人員專業(yè)素養(yǎng)也不斷增強(qiáng)，但是由于電壓等級越來越高，供電情況越來越復(fù)雜，開關(guān)柜內(nèi)溫升現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，針對其測溫技術(shù)的相關(guān)研究尚不成熟，對于技術(shù)的掌握也不盡全，測溫技術(shù)與相關(guān)專業(yè)人員仍存在缺陷與不足，還遠(yuǎn)未達(dá)到水平的要求。這就需要相關(guān)電力企業(yè)加快無線測溫技術(shù)的研發(fā)，并且結(jié)合工程實際情況，充分考慮多方面因素，不斷從實踐中積累經(jīng)驗。一方面推動先進(jìn)無線測溫技術(shù)的研制，使其更好地與開關(guān)柜適配；另一方面鼓勵電力企業(yè)對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并在使用過程中對其不斷改進(jìn)，大限度地避免事故的發(fā)生，推動相關(guān)技術(shù)的大范圍應(yīng)用。 

3.6 開關(guān)柜無線測溫技術(shù)特點(diǎn) 

       短距離無線通信技術(shù)主要包括藍(lán)牙、紅外數(shù)據(jù)傳輸以及無線局域網(wǎng)。無線溫度傳感器采用的何種短距離無線通信技術(shù)，需要各電力單位在實際應(yīng)用中根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、可靠性要求等因素選擇。無線測溫系統(tǒng)通常由溫度傳感器、顯示器以及監(jiān)測預(yù)警平臺組成，通過將無線溫度傳感器測量的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過無線發(fā)射接收模塊傳遞到溫度顯示器和監(jiān)測預(yù)警平臺，后臺監(jiān)測設(shè)備根據(jù)信息進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦發(fā)生溫度超過預(yù)設(shè)溫度的情況，就及時進(jìn)行預(yù)警，發(fā)出警報?？傊?，無線測溫系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

       由于安裝方式獨(dú)立，絕緣性好，可以大限度地避免大電流、高電壓對其造成的影響，因此對開關(guān)柜的運(yùn)行沒有影響；可以直接測量開關(guān)柜內(nèi)元件溫度，且溫度傳感器精度高，因此可以更加準(zhǔn)確地測量開關(guān)柜內(nèi)溫度變化情況；由于無線測溫裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，靈活性高，因此可以依據(jù)工程實際增加 

       監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)一步增加了開關(guān)柜運(yùn)行的可靠性；由于無線測溫系統(tǒng)研制工作起步較早，因此具有優(yōu)良的操作平臺，且操作簡單，各功能的模塊化設(shè)計也方便了與其他裝置的連接，同時融入大數(shù)據(jù)平臺，可以更好地對溫度變化情況進(jìn)行匯總收集，以便更好地對開關(guān)柜的性能進(jìn)行升級優(yōu)化，因此具有很好的推廣價值；由于無線測溫系統(tǒng)體積較小，因此運(yùn)行功耗較低，在確保溫度監(jiān)測水平可靠的前提下，可以更好地延長開關(guān)柜的使用壽命。

       除此之外，針對開關(guān)柜內(nèi)空間狹小、易發(fā)生溫現(xiàn)象的特點(diǎn)，在安裝無線測溫設(shè)備時需注意以下幾點(diǎn)：一是在安裝溫度傳感器時需選擇容易發(fā)生溫度變化的部分，比如，觸電或接頭位置；二是在安裝過程中要避免影響其他設(shè)備的正常工作，保證距離；三是在安裝溫度接收儀時也要根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用掛壁式或嵌入式，確保開關(guān)柜的供電可靠性。 

3.7 開關(guān)柜無線測溫技術(shù)發(fā)展前景 

       當(dāng)前，隨著我國科技水平的迅速提升，無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用越來越多地引起國內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注，同時也推動了電力企業(yè)對其進(jìn)行更為廣泛的研究與開發(fā)，目前已有多種在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)柜的溫度檢測中。無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用大多針對開關(guān)柜中的關(guān)鍵部分，對其進(jìn)行溫度的實時檢測與長期監(jiān)測，避免發(fā)生溫度過高現(xiàn)象，同時對其工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，避免發(fā)生重大事故。

       通常情況下，無線測溫技術(shù)在開關(guān)柜中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢，其緊湊小巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計對開關(guān)柜原設(shè)計的影響非常小，因此安裝方便且施工成本低；其簡單的結(jié)構(gòu)又降低了制造成本，因而可以大規(guī)模、廣泛地應(yīng)用于開關(guān)柜中；另外，其可靠的監(jiān)測性能進(jìn)一步提升了其應(yīng)用前景。保證電網(wǎng)運(yùn)行是一個系統(tǒng)工作，需要各個環(huán)節(jié)緊密配合，做好權(quán)責(zé)分工。同時，電網(wǎng)又是社會生產(chǎn)、人們生活與工作得以順利進(jìn)行的基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展起著不可忽視的影響，因此，提升開關(guān)柜的運(yùn)行穩(wěn)定性，確保用電、供電是電力行業(yè)首要考慮的關(guān)鍵問題。由此可見，開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用具有十分廣泛的前景。

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)熱成為隱患，提高設(shè)備保障，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，性、可靠性和開放性都得到了提高。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)、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：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點(diǎn)的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

 

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）實時告警：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。

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，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

       綜上所述，開關(guān)柜內(nèi)的導(dǎo)線連接處易發(fā)生溫升問題，影響因素是多方面的，這就要求相關(guān)電力單位做好無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用工作，保證供電可靠性，降低人工巡視成本，保障電力設(shè)備運(yùn)行，大限度地避免事故的發(fā)生

[1]崔金奇．10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)分析[J]．通信電源技術(shù)，2020,37(5):45-46.

[2]崔士剛，郝建國，劉忠洋.開關(guān)柜無線測溫技術(shù)研制與應(yīng)用

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