淺談在線測溫系統(tǒng)高壓開關(guān)柜電氣設(shè)備中的應(yīng)用研究

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：近年來，由于開關(guān)柜溫度的升高而引發(fā)的停電事故不斷增加，加強開關(guān)柜溫度的在線實時溫度監(jiān)控顯得特別重要。該文研制了一款用于KYN28-12鎧裝式封閉高壓開關(guān)柜的溫度進行密切監(jiān)測的系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控溫度變化情況，確保設(shè)備可靠運行。還可以實現(xiàn)自動化、無人化、實時化的遠程監(jiān)控，減少人力、物力的消耗，在實踐中具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：無線測溫在線監(jiān)測開關(guān)柜

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，用電量逐年增加，而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行已經(jīng)成為了各個輸配電公司控制的重要目的，也是確保電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)中，封閉式10kV高壓開關(guān)柜因載流負荷過大引起設(shè)備事故嚴重影響著電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，加強高壓開關(guān)柜溫度實時監(jiān)控顯得尤為重要。所謂變電站設(shè)備溫度監(jiān)控是指通過探測器及溫度控制裝置，監(jiān)控開關(guān)柜內(nèi)重要設(shè)備的溫度，檢修人員能夠了解設(shè)備的溫度狀態(tài)，一定程度上減少變電站事故的發(fā)生，防患于未然。通過無線測溫裝置可以提前做好應(yīng)急預(yù)案，讓工作人員及時了解設(shè)備運行的溫度，減少設(shè)備運行的風(fēng)險，提高設(shè)備運行效率。另外，還可以實現(xiàn)自動化、無人化、實時化的遠程監(jiān)控，減少人力、物力的消耗，具有十分重要的意義。因此，該文試圖設(shè)計一套KYN28-12鎧裝式封閉高壓開關(guān)柜電氣設(shè)備在線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控載流所引發(fā)的溫升故障，保證電力設(shè)備的可靠運轉(zhuǎn)，減少電力設(shè)備的維修次數(shù)，提高設(shè)備的運行效率，實現(xiàn)自動化、可靠話的自動化運營。

1開關(guān)柜在運行中的發(fā)熱問題

封閉式高壓開關(guān)柜的一次部分由3個空間構(gòu)成，斷路器機構(gòu)、母線、出線接頭分別位于這3個空間內(nèi)，相互隔絕獨立。按照設(shè)計制造以及運行規(guī)程要求，“除實現(xiàn)電氣連接、控制、通風(fēng)在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態(tài)。"因此，造成電氣設(shè)備發(fā)熱的原因很多如果運行維護不當(dāng)，沒有采取有效措施，運行過程中未能及時發(fā)現(xiàn)溫度升高，則很有可能引起設(shè)備事故。過去，基于電氣設(shè)備的發(fā)展，測溫工作基本針對于室外敞開式設(shè)備，多種紅外測溫及成像工具的研發(fā)已經(jīng)非常成熟，測溫均能取得不錯的效果，工作人員得以及時發(fā)現(xiàn)并過熱問題。但封閉式高壓開關(guān)內(nèi)設(shè)備的測溫問題一直是困擾電力檢修工作的重要內(nèi)容，設(shè)備的穩(wěn)定運行得不到保障，成為運行維護工作中常常出現(xiàn)的盲區(qū)。

2開關(guān)柜測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成

開關(guān)柜測溫總體框架包括變電站、傳感器、終端機、站內(nèi)監(jiān)控端等若干個部分組成。其中，傳感器是用于搜集各個主要設(shè)備的溫度，該系統(tǒng)擬定在每個開關(guān)柜安裝6個傳感器，分別在A、B、C三相進線和A、B、C三相出線；終端機是用于收集6個探頭的溫度，并且實時通過485總線傳遞給站內(nèi)監(jiān)控端；站內(nèi)監(jiān)控端預(yù)裝了監(jiān)控端軟件，可以實時寫入各個傳感器的溫度，并且根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度提供升溫報警、溫度查詢等功能。

3抗干擾技術(shù)應(yīng)用研究及改進措施

電磁干擾可以分為內(nèi)部干擾和外部干擾兩種干擾源，但是，高壓開關(guān)柜常年封閉在金屬柜體中，外部干擾源很難進入到高壓開關(guān)柜中，可以起到電磁干擾保護作用。因而，本文探討的抗干擾技術(shù)針對的是高壓開關(guān)柜內(nèi)部的抗干擾措施。當(dāng)前，抗干擾技術(shù)主要是通過阻止干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備三大要素，從而實現(xiàn)電磁干擾的阻斷。但是，高壓開關(guān)柜大多處在高電壓、大電流的狀態(tài)下，可能還會存在較強瞬間較強的電池干擾，產(chǎn)生強烈的電磁波，從而影響高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度，甚至對測溫系統(tǒng)造成嚴重的影響。

因此，該系統(tǒng)針對抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，進行了磁兼容性能試驗，具體的測試方法為對高壓側(cè)的電路進行電磁屏蔽，不僅僅可以提高高壓側(cè)的抗干擾能力，還能夠減少抗干擾技術(shù)對溫度的影響。磁兼容性能試驗測試結(jié)果見表1所示，試驗內(nèi)容包括靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌三大部分，依據(jù)標準均按照相關(guān)國標執(zhí)行，測試等級為所有的實驗內(nèi)容均達到EMC型式試驗認證4級標準，測試結(jié)果為系統(tǒng)正常工作。因此，該系統(tǒng)設(shè)計的電磁抗干擾技術(shù)效果能夠達到預(yù)期設(shè)計目標，滿足設(shè)計需要。

表1 磁兼容性能試驗結(jié)果

4實施效果分析

開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)安裝、測試完成后，對系統(tǒng)進行了試用及反復(fù)論證，得出該系統(tǒng)在實踐中應(yīng)用具有以下幾個方面的效果：（1）實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜接點的無源無線方式傳感，能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時溫度監(jiān)控，有助于檢修人員根據(jù)需要采取應(yīng)急預(yù)案，節(jié)約了現(xiàn)場巡查時間和次數(shù)，減少了電力設(shè)備運行的人力資源成本，提高了人力資源利用效率。（2）能夠通過系統(tǒng)查詢到高壓開關(guān)柜設(shè)備的歷史溫度，為設(shè)備運行溫度控制提供了依據(jù)，為設(shè)備的設(shè)計提供了基礎(chǔ)參數(shù)，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。（3）可以有效減少設(shè)備運行的事故，特別是部分設(shè)備安裝時間長，設(shè)備老化等現(xiàn)象突出，容易因為短路等原因造成停電、火災(zāi)、爆炸等事故發(fā)生。通過實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可以減少人工巡檢次數(shù)，并且及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)運行中的各種質(zhì)量影響因素，減少電力故障發(fā)生概率，提高輸配電的質(zhì)量。（4）該系統(tǒng)不僅僅能夠?qū)崟r監(jiān)控溫度，記錄設(shè)備歷史溫度，還能夠根據(jù)溫升情況實時報警，有助于電力搶修人員及時到達現(xiàn)場搶修，減少電力故障發(fā)生時間。因此，該系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要突破，能夠為我國的電網(wǎng)智能化提供良好的基礎(chǔ)和保證。

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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)備直接進行通信（如圖1），系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(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?？梢员O(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)防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

         圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信（需選配）.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖

5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

  無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

5.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

  無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞顯示終端

  顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

6 結(jié)語

在電力輸配電實際生產(chǎn)過程中，常常會因為設(shè)備高溫導(dǎo)致電力輸配電系統(tǒng)斷電，現(xiàn)有的普通測溫手段和方法并不能實時監(jiān)控設(shè)備溫度。因此，該文在綜合國內(nèi)外測溫手段和方法的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，試圖進行了開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)的設(shè)計、測試及安裝。將開關(guān)柜測溫系統(tǒng)分為變電站、傳感器、終端機、站內(nèi)監(jiān)控端等若干個部分，可以實時寫入各個傳感器的溫度，并且根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的溫度提供升溫報警、溫度查詢等功能。通過該系統(tǒng)測試論證得出，該系統(tǒng)可以一定程度上降低電網(wǎng)企業(yè)的人力巡檢成本，減少設(shè)備故障發(fā)生，提高設(shè)備運行效率及輸配電質(zhì)量，該系統(tǒng)是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要突破，能夠為我國的電網(wǎng)智能化提供良好的基礎(chǔ)和保證。

【參考文獻】

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

作者簡介：劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用