無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜中應用設計分析

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著(zhù)我國經(jīng)濟社會(huì )的飛躍式發(fā)展，我國經(jīng)濟增長(cháng)與電力增長(cháng)形成了一個(gè)有機和無(wú)縫的連接?，F階段，我國電力系統的發(fā)展趨勢逐漸轉向為大電網(wǎng)，這就對可靠性以及自動(dòng)化水平有了進(jìn)一步的要求，同時(shí)也要求電網(wǎng)運行調控逐漸向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。開(kāi)關(guān)柜作為配電網(wǎng)系統中的關(guān)鍵設備之一，對其進(jìn)行研究就顯得尤為重要。因此，文章針對目前國內開(kāi) 關(guān)柜發(fā)展現狀及存在問(wèn)題進(jìn)行了淺要分析，探討了監測溫度變化的重要性，提出了無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研究方向，并對未來(lái)開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了一定展望，以期為未來(lái)電力系統的良好發(fā)展奠定一定理論基礎。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜；無(wú)線(xiàn)測溫；技術(shù)研制；技術(shù)應用

1開(kāi)關(guān)柜測溫的必要性

我國是人口大國，對于電力有很大的需求，相應對于電氣化設備的可靠運行也有進(jìn)一步的要求。開(kāi)關(guān)柜作為確保電能質(zhì)量的關(guān)鍵設備，保證其安全穩定運行具有十分重要的意義。

一般情況下，由于開(kāi)關(guān)柜通常是密閉空間，當負荷增加以及長(cháng)時(shí)間運行時(shí)，就容易發(fā)生內部過(guò)熱的現象，從而導致異常溫升。如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現并采取合理的措施進(jìn)行干預，隨著(zhù)時(shí)間的流逝，其溫升現象會(huì )越來(lái)越嚴重，開(kāi)關(guān)柜內絕緣件等設備的過(guò)熱程度會(huì )持續增加，不僅會(huì )影響使用壽命，而且會(huì )導致重大安全事故發(fā)生。此外，開(kāi)關(guān)柜具有大電流的特點(diǎn)，這就引發(fā)了較為強烈的電磁輻射現象，進(jìn)而導致測溫系統溫度監測的不準確，從而無(wú)法及時(shí)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，并且保證一定的安全距離，這就容易引起溫度測量誤差的問(wèn)題，進(jìn)而埋下安全隱患。

2開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障原因

開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障的原因有很多，但究其根本還是由于開(kāi)關(guān)柜內相關(guān)元件及線(xiàn)路長(cháng)期處于大電流、高電壓工作狀況，且空間狹小不通風(fēng)，強大電流容易導致其內部溫升加劇，一旦沒(méi)有及時(shí)發(fā)現問(wèn)題并進(jìn)行預防，很容易發(fā)生火災等安全事故。因此，做好開(kāi)關(guān)柜內溫度監測，避免發(fā)生過(guò)熱的現象，對于避免火災等安全事故的發(fā)生具有十分重要的研究?jì)r(jià)值。

2.1溫度過(guò)高

通常情況下，開(kāi)關(guān)柜在正式應用前會(huì )在實(shí)驗室內進(jìn)行試驗檢測，檢測時(shí)間通常為8小時(shí)。然而，在實(shí)際應用中，開(kāi)關(guān)柜通常需要長(cháng)時(shí)間、不間斷運行，同時(shí)會(huì )持續性發(fā)熱，而溫升又是隨著(zhù)時(shí)間不斷增加的，這就導致試驗數據無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際應用中的數據變化范圍。另外，雖 然我國自動(dòng)化水平穩步提升，但是對于開(kāi)關(guān)柜這種電氣設備安裝，通常還需要具有較強專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識的工作人員進(jìn)行設計與安裝。在一定程度上，現場(chǎng)工作人員的違規操作也會(huì )導致溫升異常的情況發(fā)生。

2.2接頭故障

開(kāi)關(guān)柜在輸配電系統中承擔著(zhù)重要角色，對于保護線(xiàn)路、監測電量運行情況具有不可忽視的影響。然而隨著(zhù)工作時(shí)長(cháng)的不斷增加，不可避免地會(huì )出現線(xiàn)路老化的問(wèn)題，同時(shí)在長(cháng)期大電流的作用下，也會(huì )在一定程度上導致接觸電阻增加，引起局部放電、高壓泄漏現象發(fā)生，這些現象都容易引起開(kāi)關(guān)柜內相關(guān)元件溫升現象愈發(fā)嚴重，從而引發(fā)線(xiàn)路、設備著(zhù)火現象，導致開(kāi)關(guān)柜被燒毀，引起重大安全事故的發(fā)生。

3開(kāi)關(guān)柜常用溫度監測方式對比

無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜內的應用具有十分明顯的優(yōu)勢，通過(guò)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(guò)溫度傳感器獲取實(shí)時(shí)溫度以及其他工作狀態(tài)信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行傳遞，同時(shí)實(shí)現數據的采集與存儲。根據溫度信息變化標準進(jìn)行檢測，一旦發(fā)生問(wèn)題，可以及時(shí)有效地進(jìn)行報警，避免重大安全事故的發(fā)生。與此同時(shí)，通過(guò)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(kāi)關(guān)柜的運行情況進(jìn)行監測。一方面可以解決開(kāi)關(guān)柜內空間狹小的問(wèn)題，更好地安裝其他設備元件；另一方面可以提高監測準確度，彌補人工操作的不足，減少人工巡視工作量，降低運維成本，對溫度異常情況進(jìn)行更為及時(shí)的監測，避免安全事故的發(fā)生。

3.1無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)與蠟片示溫法的比較

顯而易見(jiàn)，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)行相應顏色變化的發(fā)光材料，通過(guò)日常巡視，可以大致判斷開(kāi)關(guān)柜內相關(guān)設備的溫升情況，避免重大安全事故的發(fā)生。然而這種方法精度很低，無(wú)法準確測量溫度情況，對于相關(guān)技術(shù)的研發(fā)不具有參考價(jià)值，且容易發(fā)生蠟片脫落的現象，需要大量的人力進(jìn)行日常維護工作，運維成本非常高，不利于對其進(jìn)行推廣應用。與此相比，無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)十分的可靠，且無(wú)須進(jìn)行日常巡視，降低了運維成本，具有很高的推廣使用價(jià)值。

3.2 無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)與常規測溫方法比較

常見(jiàn)的測溫方法通常是通過(guò)溫度傳感器件進(jìn)行溫度監控，比如，熱電偶、熱電阻、半導體等，通過(guò)溫度傳感器進(jìn)行信號的傳輸需要通過(guò)金屬導線(xiàn)作為介質(zhì)，這就導致無(wú)法保證其在開(kāi)關(guān)柜的正常工作中可以具有穩定的絕緣性能，因而無(wú)法應用于開(kāi)關(guān)柜的溫度監測。與之相比，無(wú)線(xiàn)式測溫技術(shù)不需要金屬導線(xiàn)傳輸信號，而是通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸信號進(jìn)行溫度監測，這就避免了金屬導電的問(wèn)題，很好地保證了開(kāi)關(guān)柜內元件的安全運行，因而可以直接應用于開(kāi)關(guān)柜內，并對其溫度進(jìn)行準確地實(shí)時(shí)監測，避免安全事故的發(fā)生。

3.3 無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)與紅外測溫方法比較

紅外線(xiàn)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(lái)安裝其設備，然而開(kāi)關(guān)柜內通常是密閉狹小空間，因此無(wú)法應用該技術(shù)。此外，由于該段距離的存在，導致紅外線(xiàn)易受到周外環(huán)境因素的影響，無(wú)法確保溫度監測的準確性，從而容易出工作疏漏的現象。與之相比，無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)通過(guò)將溫度傳感器直接安裝于被測物體表面，從而確保了溫度監測的準確性。

3.4 無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)與光纖測溫方法比較

光纖測溫方法通過(guò)將溫度傳感器檢測到的信號經(jīng)光纖傳遞到測溫設備上，確保了溫度測量的準確性并避免了導電的問(wèn)題。然而開(kāi)關(guān)柜內空間狹小，并且設備元件復雜，線(xiàn)路多，這就給光纖的安置帶來(lái)了大的難度，同時(shí)光纖易受到環(huán)境的影響而發(fā)生斷裂，并且不耐高溫，都給其應用帶來(lái)了一定的挑戰。與之相比，無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的應用可大限度地減少線(xiàn)路的布置，可以更好地對開(kāi)關(guān)柜內的空間進(jìn)行應用。

3.5 開(kāi)關(guān)柜測溫技術(shù)研發(fā)現狀

現階段，我國電力系統通常嚴格按照國家電氣設備采購標準及設計規范安裝、使用開(kāi)關(guān)柜，確保開(kāi)關(guān)柜可以通過(guò)試驗驗證，特別是對于溫升現象的控制。在日常供電情況下，系統負荷通常不會(huì )與開(kāi)關(guān)柜的設計滿(mǎn)容量相同，因此其溫升問(wèn)題不會(huì )影響開(kāi)關(guān)柜的正常運行。然而，在實(shí)際應用過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜內部溫度變化情況，尤其是母排連接點(diǎn)等部分，其溫升數值往往超過(guò)試驗值。

隨著(zhù)我國科技化水平不斷提高，雖然開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研制與應用得到了進(jìn)一步的完善與發(fā)展，并且電氣設備施工水平與施工人員專(zhuān)業(yè)素養也不斷增強，但是由于電壓等級越來(lái)越高，供電情況越來(lái)越復雜，開(kāi)關(guān)柜內溫升現象越來(lái)越嚴重，針對其測溫技術(shù)的相關(guān)研究尚不成熟，對于國外技術(shù)的掌握也不盡全，測溫技術(shù)與相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員仍存在缺陷與不足，還遠未達到先進(jìn)水平的要求。這就需要相關(guān)電力企業(yè)加快無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研發(fā)，并且結合工程實(shí)際情況，充分考慮多方面因素，不斷從實(shí)踐中積累經(jīng)驗。一方面推動(dòng)先進(jìn)無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研制，使其更好地與開(kāi)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)行應用，并在使用過(guò)程中對其不斷改進(jìn)，大限度地避免安全事故的發(fā)生，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的大范圍應用。

3.6 開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)特點(diǎn)

短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)主要包括藍牙、紅外數據傳輸以及無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器采用的何種短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，需要各電力單位在實(shí)際應用中根據經(jīng)濟性、可靠性要求等因素選擇。無(wú)線(xiàn)測溫系統通常由溫度傳感器、顯示器以及監測預警平臺組成，通過(guò)將無(wú)線(xiàn)溫度傳感器測量的溫度轉變?yōu)閿底中盘?，?jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收模塊傳遞到溫度顯示器和監測預警平臺，后臺監測設備根據信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，一旦發(fā)生溫度超過(guò)預設溫度的情況，就及時(shí)進(jìn)行預警，發(fā)出警報?？傊?，無(wú)線(xiàn)測溫系統具有如下特點(diǎn)。

由于安裝方式獨立，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(kāi)關(guān)柜的安全運行沒(méi)有影響；可以直接測量開(kāi)關(guān)柜內元件溫度，且溫度傳感器精度高，因此可以更加準確地測量開(kāi)關(guān)柜內溫度變化情況；由于無(wú)線(xiàn)測溫裝置結構簡(jiǎn)單，易于安裝，靈活性高，因此可以依據工程實(shí)際增加監測點(diǎn)的數量，進(jìn)一步增加了開(kāi)關(guān)柜運行的可靠性；由于無(wú)線(xiàn)測溫系統研制工作起步較早，因此具有優(yōu)良的操作平臺，且操作簡(jiǎn)單，各功能的模塊化設計也方便了與其他裝置的連接，同時(shí)融入大數據平臺，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(kāi)關(guān)柜的性能進(jìn)行升級優(yōu)化，因此具有很好的推廣價(jià)值；由于無(wú)線(xiàn)測溫系統體積較小，因此運行功耗較低，在確保溫度監測水平可靠的前提下，可以更好地延長(cháng)開(kāi)關(guān)柜的使用壽命。

除此之外，針對開(kāi)關(guān)柜內空間狹小、易發(fā)生溫現象的特點(diǎn)，在安裝無(wú)線(xiàn)測溫設備時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：一是在安裝溫度傳感器時(shí)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(guò)程中要避免影響其他設備的正常工作，保證安全距離；三是在安裝溫度接收儀時(shí)也要根據現場(chǎng)實(shí)際情況采用掛壁式或嵌入式，確保開(kāi)關(guān)柜的供電可靠性。

3.7 開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)發(fā)展前景

當前，隨著(zhù)我國科技水平的迅速提升，無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研制與應用越來(lái)越多地引起國內外專(zhuān)家學(xué)者的關(guān)注，同時(shí)也推動(dòng)了電力企業(yè)對其進(jìn)行更為廣泛的研究與開(kāi)發(fā)，目前已有多種在線(xiàn)檢測系統應用于開(kāi)關(guān)柜的溫度檢測中。無(wú)線(xiàn)測溫系統的應用大多針對開(kāi)關(guān)柜中的關(guān)鍵部分，對其進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)檢測與長(cháng)期監測，避免發(fā)生溫度過(guò)高現象，同時(shí)對其工作狀態(tài)進(jìn)行監測，避免發(fā)生重大安全事故。

通常情況下，無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜中的應用具有很大的優(yōu)勢，其緊湊小巧的結構設計對開(kāi)關(guān)柜原設計的影響非常小，因此安裝方便且施工成本低；其簡(jiǎn)單的結構又降低了制造成本，因而可以大規模、廣泛地應用于開(kāi)關(guān)柜中；另外，其可靠的監測性能進(jìn)一步提升了其應用前景。保證電網(wǎng)安全運行是一個(gè)系統工作，需要各個(gè)環(huán)節緊密配合，做好權責分工。同時(shí)，電網(wǎng)安全又是社會(huì )生產(chǎn)、人們生活與工作得以順利進(jìn)行的基礎，對國民經(jīng)濟的穩定發(fā)展起著(zhù)不可忽視的影響，因此，提升開(kāi)關(guān)柜的運行穩定性，確保用電、供電安全是電力行業(yè)首要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。由此可見(jiàn)，開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研制與應用具有十分廣泛的前景。

4安科瑞溫度在線(xiàn)監測系統

4.1概述

電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過(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，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS 485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場(chǎng)所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

4.3系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.4系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)規定時(shí)間的溫度數據。

實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

4.5系統硬件配置

溫度在線(xiàn)監測系統主要由設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主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。

5結束語(yǔ)

綜上所述，開(kāi)關(guān)柜內的導線(xiàn)連接處易發(fā)生溫升問(wèn)題，影響因素是多方面的，這就要求相關(guān)電力單位做好無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的研制與應用工作，保證供電可靠性，降低人工巡視成本，保障電力設備運行安全，大限度地避免安全事故的發(fā)生。

參考文獻

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安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版．