簡(jiǎn)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(yùn)行的重要設(shè)備的高壓開(kāi)關(guān)柜裝置,其內(nèi)部導(dǎo)電連接處過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞,更嚴(yán)重的是可能還會(huì)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(yùn)行的一個(gè)重要課題就是對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)施在線監(jiān)測(cè)。本文主要研究的是針對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜接點(diǎn)的無(wú)線測(cè)溫技術(shù),闡述了高壓開(kāi)關(guān)柜在無(wú)線測(cè)溫的技術(shù)特點(diǎn)及工作原理，具有測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠性高、絕緣性能好的特點(diǎn),能很好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需求,可以在高壓開(kāi)關(guān)柜中廣泛應(yīng)用。同時(shí)介紹了在某風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目應(yīng)用操控及無(wú)線測(cè)溫技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)及時(shí)告警避免了嚴(yán)重事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)；高壓電氣設(shè)備；溫度傳感器；無(wú)線溫度檢測(cè)器

1概述

   我國(guó)電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，增加了高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行壓力，隨著電網(wǎng)的改革與建設(shè)，高壓開(kāi)關(guān)柜的數(shù)量越來(lái)越多，增加了故障的發(fā)生機(jī)率。高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)存在的電氣連接點(diǎn)主要包括母線銅排連接點(diǎn)，手車(chē)動(dòng)靜觸頭連接點(diǎn)以及銅排和電纜連接點(diǎn)，在這些點(diǎn)位需安裝溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。

   溫度測(cè)量技術(shù)的選用：傳統(tǒng)的測(cè)溫方法包括通過(guò)熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫，溫度傳感器與測(cè)溫儀之間采用金屬導(dǎo)線傳輸溫度信號(hào)。電氣設(shè)備測(cè)溫檢測(cè)，由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點(diǎn)/觸點(diǎn)上，其信號(hào)傳輸金屬導(dǎo)線的絕緣性能無(wú)法保證。 同時(shí)，對(duì)于改造類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施難度較大，因此推薦采用無(wú)線測(cè)溫方法進(jìn)行檢測(cè)。目前無(wú)線測(cè)溫方法包括電磁感應(yīng)供電無(wú)線測(cè)溫、電池供電無(wú)線測(cè)溫方式及紅外在線測(cè)溫方式。紅外測(cè)溫需要鏡頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)熱點(diǎn)，塵土震動(dòng)對(duì)其影響較大；有源無(wú)源測(cè)溫較合適，無(wú)需布線，易于安裝，但有源測(cè)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(wú)線測(cè)溫具有測(cè)溫速度快、周期短、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)、故障率低等特點(diǎn)。

2開(kāi)關(guān)柜溫升原因分析

   目前，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開(kāi)關(guān)柜，都要通過(guò)型式試驗(yàn)對(duì)入網(wǎng)的開(kāi)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(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通常情況下，負(fù)荷不會(huì)達(dá)到開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量，更不會(huì)引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升問(wèn)題。但是，實(shí)際情況并非如此。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，隨著負(fù)荷的不斷增加，使得開(kāi)關(guān)柜的溫升迅速增加。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)開(kāi)關(guān)額定電流的75%時(shí)，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時(shí)早已不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。當(dāng)負(fù)荷比較低時(shí)，溫升現(xiàn)象不明顯。在實(shí)際運(yùn)行中，與試驗(yàn)室測(cè)出的溫升數(shù)據(jù)相比，開(kāi)關(guān)柜實(shí)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(shí)，開(kāi)關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量。對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)觸頭、母排連接點(diǎn)的實(shí)際溫升，通常情況下總是高于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，其原因主要表現(xiàn)為：

   1.在試驗(yàn)室完成型式試驗(yàn)，測(cè)得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在持續(xù)時(shí)間方面，雖然達(dá)到了穩(wěn)定溫升所需要的試驗(yàn)時(shí)間，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，加上試驗(yàn)過(guò)程中，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)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(duì)于螺栓型設(shè)備接頭來(lái)說(shuō)表現(xiàn)得尤為突出，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行溫度超過(guò)80℃時(shí)，因過(guò)熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時(shí)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(lái)接觸位置時(shí)，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(huì)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(duì)于導(dǎo)體連接，在部分安裝、檢修人員意識(shí)中，在擰緊連接螺栓的過(guò)程中，認(rèn)為螺栓擰得越緊越好，實(shí)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(shí)，如果材料強(qiáng)度比較差，當(dāng)繼續(xù)增加壓力時(shí)，將會(huì)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(guò)程中，對(duì)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(huì)造成高壓開(kāi)關(guān)柜的溫升異常，所以加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行開(kāi)關(guān)設(shè)備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)采取措施就變得非常必要。

3無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及適用范圍

   無(wú)線測(cè)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(qiáng)。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(diǎn)，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)。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(zhǎng)。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(shí)應(yīng)用無(wú)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(xiǎn)小。由于溫度傳感器在信息傳輸時(shí)不需要使用外部數(shù)據(jù)線， 因此不會(huì)受到溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)等的影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)。溫度傳感器與計(jì)算機(jī)連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)中的軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析，具有良好的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可節(jié)省人力資源，提高工作效率。與傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫傳感器相比，本研究提出的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)不需要人工進(jìn)行操作，受周?chē)h(huán)境、設(shè)備構(gòu)造的影響比較小，測(cè)量精度比較高。目前研制的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)工作范圍為35kV以下高壓開(kāi)關(guān)、繼電器以及多種接觸點(diǎn)，地下電纜的檢測(cè)電壓為 110 kV，在使用時(shí)要注意工作電壓的限制。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1概述

   電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)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(cè)，防止在運(yùn)行過(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、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(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了提高。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。

2應(yīng)用場(chǎng)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(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)。

3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 

4.系統(tǒng)功能 

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

   安科瑞 Acrel-2000T 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

詳細(xì)溫度查詢(xún)

   歷史溫度曲線、實(shí)時(shí)溫度曲線查詢(xún)、實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)查詢(xún)

實(shí)時(shí)報(bào)警

   Acrel-2000T 無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)報(bào)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(xún)

   安科瑞 Acrel-2000T 無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ω邷馗婢录涗涍M(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(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。可以按時(shí)間、類(lèi)型和設(shè)備進(jìn)行查詢(xún)和排序。

5.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)。

顯示單元

6結(jié)語(yǔ)

   無(wú)線測(cè)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(guò)數(shù)據(jù)線或者通信芯片與上級(jí)計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)預(yù)處理，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，保證生產(chǎn)設(shè)備的性能。無(wú)線傳輸技術(shù)無(wú)需使用外部電線，可以有效減少傳輸過(guò)程中的電容耦合和 電感耦合，實(shí)現(xiàn)高壓環(huán)境檢測(cè)設(shè)備與次級(jí)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(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。