簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要：作為保證系統(tǒng)安全運行的重要設(shè)備的高壓開關(guān)柜裝置,其內(nèi)部導(dǎo)電連接處過熱會導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞,更嚴(yán)重的是可能還會發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重事故。因此,電力系統(tǒng)中電器設(shè)備安全運行的一個重要課題就是對高壓開關(guān)柜實施在線監(jiān)測。本文主要研究的是針對高壓開關(guān)柜接點的無線測溫技術(shù),闡述了高壓開關(guān)柜在無線測溫的技術(shù)特點及工作原理，具有測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠性高、絕緣性能好的特點,能很好的適應(yīng)現(xiàn)場需求,可以在高壓開關(guān)柜中廣泛應(yīng)用。同時介紹了在某風(fēng)電場項目應(yīng)用操控及無線測溫技術(shù)，并實現(xiàn)及時告警避免了嚴(yán)重事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：無線測溫系統(tǒng)；高壓電氣設(shè)備；溫度傳感器；無線溫度檢測器

1概述

   我國電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，增加了高壓開關(guān)柜的運行壓力，隨著電網(wǎng)的改革與建設(shè)，高壓開關(guān)柜的數(shù)量越來越多，增加了故障的發(fā)生機率。高壓開關(guān)柜內(nèi)存在的電氣連接點主要包括母線銅排連接點，手車動靜觸頭連接點以及銅排和電纜連接點，在這些點位需安裝溫度傳感器進(jìn)行溫度測量。

   溫度測量技術(shù)的選用：傳統(tǒng)的測溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測溫，溫度傳感器與測溫儀之間采用金屬導(dǎo)線傳輸溫度信號。電氣設(shè)備測溫檢測，由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點/觸點上，其信號傳輸金屬導(dǎo)線的絕緣性能無法保證。 同時，對于改造類項目實施難度較大，因此推薦采用無線測溫方法進(jìn)行檢測。目前無線測溫方法包括電磁感應(yīng)供電無線測溫、電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。紅外測溫需要鏡頭對準(zhǔn)發(fā)熱點，塵土震動對其影響較大；有源無源測溫較合適，無需布線，易于安裝，但有源測溫需要外供電池，受電池壽命影響，需要更換；電磁感應(yīng)供電無線測溫具有測溫速度快、周期短、免維護、使用壽命長、故障率低等特點。

2開關(guān)柜溫升原因分析

   目前，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，都要通過型式試驗對入網(wǎng)的開關(guān)柜進(jìn)行處理，在溫升方面，要求比較嚴(yán)格。根據(jù)相關(guān)理論進(jìn)行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負(fù)荷不會達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計滿容量，更不會引發(fā)開關(guān)柜的溫升問題。但是，實際情況并非如此。根據(jù)實際運行經(jīng)驗可知，隨著負(fù)荷的不斷增加，使得開關(guān)柜的溫升迅速增加。當(dāng)負(fù)荷超過開關(guān)額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時早已不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)負(fù)荷比較低時，溫升現(xiàn)象不明顯。在實際運行中，與試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)相比，開關(guān)柜實際溫升水平普遍比較高，并且多數(shù)情況下，當(dāng)溫升超標(biāo)時，開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計滿容量。對于高壓開關(guān)柜來說，開關(guān)觸頭、母排連接點的實際溫升，通常情況下總是高于試驗數(shù)據(jù)，其原因主要表現(xiàn)為：

   1.在試驗室完成型式試驗，測得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在持續(xù)時間方面，雖然達(dá)到了穩(wěn)定溫升所需要的試驗時間，但現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，加上試驗過程中，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同現(xiàn)場長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。

   2.不同金屬在膨脹效應(yīng)方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線的金屬膨脹系數(shù)小得多，對于螺栓型設(shè)備接頭來說表現(xiàn)得尤為突出，在實際運行過程中，隨著負(fù)荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應(yīng)力作用的影響和制約，導(dǎo)致金屬緩慢發(fā)生塑性變形。實踐證明，當(dāng)接頭處的運行溫度超過80℃時，因過熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時受各種因素的影響，進(jìn)一步產(chǎn)生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環(huán)都會使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

   3.連接部位緊固螺栓壓力不合理。對于導(dǎo)體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認(rèn)為螺栓擰得越緊越好，實際并非如此。由于鋁質(zhì)母線的彈性系數(shù)較小，當(dāng)螺母壓力達(dá)到臨界值時，如果材料強度比較差，當(dāng)繼續(xù)增加壓力時，將會導(dǎo)致接觸面變形隆起，使得接觸面積進(jìn)一步減少，使接觸電阻變大，進(jìn)而影響導(dǎo)體的接觸效果。

   4.由于導(dǎo)體原材料純度不夠，造成導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求。

   5.其它因素，例如在加工、連接、安裝母線過程中，對母線接觸表面處理不到位、不夠平整，進(jìn)而減少有效接觸面積，使接觸電阻變大而產(chǎn)生發(fā)熱。

   以上的情況都會造成高壓開關(guān)柜的溫升異常，所以加強對運行開關(guān)設(shè)備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施就變得非常必要。

3無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢及適用范圍

   無線測溫系統(tǒng)的通信頻段一般設(shè)置為2.3~2 .5GHz，處于高頻波段，抗干擾能力強。通信技術(shù)選擇ZigBee技術(shù)，適用于短距離通信，使用復(fù)雜度較低，具有低功耗、低成本的優(yōu)點，實時處理能力強。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體積較小，便于安裝和使用，內(nèi)部采用鋰電池供電，使用壽命長。傳感器使用二進(jìn)制編碼，處理分析方便。

   溫度傳感器在使用時應(yīng)用無線傳輸技術(shù)，不需外接數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)安全性能高，漏電風(fēng)險小。由于溫度傳感器在信息傳輸時不需要使用外部數(shù)據(jù)線， 因此不會受到溫度、濕度、灰塵、振動等的影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強。溫度傳感器與計算機連接并通過計算機中的軟件對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析，具有良好的實時性，同時還可節(jié)省人力資源，提高工作效率。與傳統(tǒng)的紅外測溫傳感器相比，本研究提出的無線測溫系統(tǒng)不需要人工進(jìn)行操作，受周圍環(huán)境、設(shè)備構(gòu)造的影響比較小，測量精度比較高。目前研制的無線測溫系統(tǒng)工作范圍為35kV以下高壓開關(guān)、繼電器以及多種接觸點，地下電纜的檢測電壓為 110 kV，在使用時要注意工作電壓的限制。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

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(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，安全性、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)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

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。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 

4.系統(tǒng)功能 

實時監(jiān)測

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫系統(tǒng)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、告警等信號。

詳細(xì)溫度查詢

   歷史溫度曲線、實時溫度曲線查詢、實時溫度數(shù)據(jù)查詢

實時報警

   Acrel-2000T 無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有實時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

歷史事件查詢

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ω邷馗婢录涗涍M(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。可以按時間、類型和設(shè)備進(jìn)行查詢和排序。

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。

顯示單元

6結(jié)語

   無線測溫系統(tǒng)由溫度傳感器、通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成，并通過數(shù)據(jù)線或者通信芯片與上級計算機連接，可以實現(xiàn)對多個高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測預(yù)處理，幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)隱患，保證生產(chǎn)設(shè)備的性能。無線傳輸技術(shù)無需使用外部電線，可以有效減少傳輸過程中的電容耦合和 電感耦合，實現(xiàn)高壓環(huán)境檢測設(shè)備與次級處理設(shè)備之間的電氣隔離，具有較高的性能，在高壓電氣設(shè)備檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。