淺談無(wú)線(xiàn)測溫系統在智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的應用

摘要：隨著(zhù)智能電網(wǎng)的建設，變電站也得到了廣泛地應用,為電力系統提供穩定、可靠運行創(chuàng )造條件。而在智能化高壓開(kāi)關(guān)柜中對實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高?；诖?，首先介紹了智能化變電站基本功能，接著(zhù)講述了智能化變電站系統運行基本要求，強調智能化變電站無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的重要性，末尾講述了智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫實(shí)際應用。

關(guān)鍵詞:智能變電站；高壓開(kāi)關(guān)柜；測溫

一、引言

前我國電力系統正向著(zhù)大電網(wǎng)、高可靠性、高自動(dòng)化水平方向迅猛發(fā)展，電網(wǎng)運行自動(dòng)化、智能化的監控水平已成為我國電力系統發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。高壓配電開(kāi)關(guān)柜是配電系統中的重要設備，承擔著(zhù)開(kāi)斷和關(guān)合電力線(xiàn)路等重要作用，但在長(cháng)期運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)、母線(xiàn)及出線(xiàn)連接等部位因氧化腐蝕或因緊固螺栓松動(dòng)等原因至使接觸電阻變大，在高負荷運行情況下，連接點(diǎn)發(fā)熱并形成惡性循環(huán)，且發(fā)熱點(diǎn)溫度無(wú)法監測，導致連接部位溫度過(guò)高甚至燒毀，造成事故停電。因此，對高壓開(kāi)關(guān)柜連接點(diǎn)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監測及預警是非常必要的。

二、智能化變電站簡(jiǎn)介

1、智能化變電站變壓器基本概念

智能化變電站變壓器的工作方式是將模擬量變換成數字量，再通過(guò)數字電度表對其進(jìn)行顯示與控制，這樣就實(shí)現了變電站內用高壓繞組中所需轉換電壓、高電流和大電流運行等功能。同時(shí)還可以根據需要在高壓柜上安裝相應保護裝置。隨著(zhù)我國電網(wǎng)發(fā)展越來(lái)越進(jìn)步及科技水平提高速度很快的今天，智能化變電站變壓器已經(jīng)成為我們國家現代化建設部分之一。

2、智能化變電站主要特點(diǎn)

智能化變電站主要有以下特點(diǎn)：（1）操作方便。在運行環(huán)境下，當設備的某一參數發(fā)生了變化，其內部結構及工作狀態(tài)都會(huì )發(fā)生變化。例如溫度升高、電流變大等情況。同時(shí)也可以通過(guò)改變電路中元件的選型來(lái)調節系統參數，從而對整個(gè)電力網(wǎng)進(jìn)行調控和管理，這樣所導致的反應速度比傳統變電站更快而且更加靈敏準確。（1）靈活性強。在設備運行時(shí)，當出現故障或發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)智能化變電站就可以通過(guò)對內部故障進(jìn)行分析和診斷，并及時(shí)采取有效的措施解決問(wèn)題。（3）自動(dòng)化程度高。在設備運行中如果有突發(fā)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，個(gè)系統都會(huì )被保護裝置自動(dòng)斷開(kāi)、切斷等操作以避免造成人員損傷或事故。同時(shí)也能夠實(shí)現遠程監控整個(gè)系統工作狀態(tài)及溫度變化過(guò)程等功能都是這樣所導致得反應速度更快準確度更高且更加靈敏性更強。

圖1 智能變電站結構示意圖

3、變壓器測溫理論基礎

變壓器的溫度是其基本、重要和直接影響到變電站運行安全與穩定，所以，需要可靠準確地測量。我們可以通過(guò)測溫來(lái)判斷該變壓器是否處于正常工作狀態(tài)或發(fā)生故障狀況等問(wèn)題。測溫的原理為：變壓器在工作過(guò)程中繞組升溫，該部分熱量傳遞到浸沒(méi)的油中，使油溫上升，通過(guò)在有中放置溫度計，檢測油溫變化來(lái)檢測變壓器實(shí)際工作狀態(tài)是否正常。

三、智能化變電站運行基本要求

1、智能化變電站的功能需求

智能化變電站的主要功能模塊包括：站內綜合管理、繼電保護和運行控制等。（1）站內綜合管理。智能化變電站通過(guò)對柜體進(jìn)行監控，實(shí)現主變壓器及設備故障分析與停電檢修工作，并及時(shí)向調度中心報告告警?？筛鶕娋W(wǎng)情況自動(dòng)切換主接線(xiàn)或運維操作指令。能有效地保證系統供電的可靠性、穩定性和連續性。（2）繼電保護功能。當電網(wǎng)發(fā)生足以損壞設備或危及電網(wǎng)安全運行的故障時(shí)，使被保護設備快速脫離電網(wǎng)。對電網(wǎng)的非正常運行及某些設備的非正常狀態(tài)能及時(shí)發(fā)出警報信號，以便迅速處理，使之恢復正常。實(shí)現電力系統自動(dòng)化和遠動(dòng)化，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制。（3）智能化。變電站的運行監控功能。實(shí)現數據采集，操作控制，安全監視，時(shí)間順序記錄，故障錄波和測距，人機聯(lián)系功能，數據處理與記錄，諧波分析與監視等功能。

2、智能化變電站的性能指標

智能化變電站的性能指標包括：設備功能、系統配置及工作狀態(tài)等。（1）電氣設備參數。在變電所中，變壓器與用電裝置是一個(gè)非常重要的部分，其主要內容有主油管是否符合要求和高低壓側是否正常；高壓斷路器是不是能夠安全可靠地運行；配電網(wǎng)能否滿(mǎn)足調度計劃和繼電器檢修需求以及電壓質(zhì)量指標等一些相關(guān)方面都需要考慮在內，這些方面對變電站進(jìn)行測控、保護等。（2）系統參數。在變電所中，變壓器的功能是將電能轉換成符合要求的電壓和提供正常工作。其主要內容有降壓、升壓、配電網(wǎng)穩定運行等。（3）系統配置參數及狀態(tài)指標智能化。變電站不僅能夠實(shí)現安全可靠供電，而且還能對設備進(jìn)行合理地監控管理與控制保護。

3、智能化變電站設備可靠性要求

在智能化變電站中，由于其具有可定制的，有高精度設備以及靈活性強等特點(diǎn)。所以可以根據上述要求進(jìn)行可靠性評估。通過(guò)對以上內容分析可知：（1）對于絕緣子串接頭來(lái)說(shuō)的話(huà)需要考慮到其抗污能力和承受外力沖擊這兩方面因素。而針對柜體結構來(lái)講的話(huà)還得考量它是否能長(cháng)期正常運行并具備一定的壽命周期問(wèn)題，因此變電站中所使用的所有智能化設備都要根據自身具體情況來(lái)進(jìn)行選擇。（2）智能化設備的可靠性評估主要是依據其本身的性能指標以及運行參數來(lái)進(jìn)行計算，而這些數據又不能直接拿來(lái)作為整個(gè)變電站系統可靠度分析和評價(jià)體系設計時(shí)重要參考。（3）如果因為意外情況而導致故障發(fā)生的話(huà)就會(huì )對整個(gè)變電站系統造成很大影響。（4）當我們使用的是基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和通信原理來(lái)實(shí)現信息交互、數據共享及遠程控制等功能后所進(jìn)行開(kāi)發(fā)完成并達到智能化水平之后才可投入使用運行，因此對于這些設備的可靠性評估是相當有必要且非常重要的環(huán)節之一。

4 、智能化變電站無(wú)線(xiàn)測溫的必要性

在變電站的運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜和變壓器是一個(gè)重 要組成部分。隨著(zhù)電網(wǎng)規模擴大，其結構也變得越來(lái)越 復雜。傳統的定、壓接觸器式測溫儀表由于體積大、精度低等缺陷一直未能得到很好解決。而智能化儀器設備具有較高測量速度以及較大范圍度地采集現場(chǎng)信息并進(jìn)行處理與顯示功能。同時(shí)它還可以根據不同條件下對變 電站內運行狀態(tài)和參數變化做出快速響應，以滿(mǎn)足電力系統安全經(jīng)濟可靠運行要求變電站的絕緣材料。在發(fā)展過(guò)程中，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步以及市場(chǎng)需求，其性能也不斷提高。其中開(kāi)關(guān)柜、變壓器和終端等設備是一個(gè)重要組成部分。為保證供電安全、穩定，有必要對開(kāi)關(guān)柜、變壓器等重要部分進(jìn)行測溫。

四、智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫應用技術(shù)研究

1 、智能化變電站在線(xiàn)測溫影響因素

在智能化變電站中，測溫影響因素有許多，其中包括主變壓器、高壓開(kāi)關(guān)柜及母線(xiàn)的溫度。（1）主變壓器。其主要功能是將電能傳輸到不同電壓等級。對于大型電力系統而言一般都設置專(zhuān)門(mén)配電室來(lái)負責對電網(wǎng)進(jìn)行升壓和降負荷。而小型發(fā)電廠(chǎng)則通常也需要配置專(zhuān)用設備以保障正常供電需求以及降低成本等要求，在變電站中安裝相應數量不一樣類(lèi)型的測溫模塊可以有效地提高測量精度與可靠性。（2）母線(xiàn)。母線(xiàn)上的電壓、電流等參數都會(huì )對變電站中測溫模塊產(chǎn)生影響，其中，主變壓器是主要設備之一。而母線(xiàn)則在整個(gè)系統中是不能少的部分。（3）電纜導體。其不僅能將電能通過(guò)時(shí)效性較差地區配電線(xiàn)送至用戶(hù)或者直接傳輸到通信終端或進(jìn)行遠距離傳送電力信號等功能外還能夠實(shí)現信息交換和數據共享等作用。因此我們可以認為智能化變電站中測溫模塊、控制與保護都需要有相應的技術(shù)支持而在這些模塊中，電纜的連接方式也同樣需要有相應技術(shù)支持，同時(shí)還應該具有良好耐壓性、抗震性能等。

2 、智能化變電站無(wú)線(xiàn)測溫原理

（1）高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的工作原理：基于無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監測系統首先通過(guò)無(wú)線(xiàn)溫度傳感器感測設備表面溫度，然后通過(guò)電磁波將溫度信號傳輸至無(wú)線(xiàn)溫度監測儀，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將無(wú)線(xiàn)溫度監測儀連接至中心監測計算機來(lái)實(shí)現無(wú)線(xiàn)測溫。

（2）無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：與傳統的高壓設備溫度測量技術(shù)相比，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器具有如下的優(yōu)勢。

安全性高：它通過(guò)采用先進(jìn)的數字溫度傳感器，避免了傳感器輸出模擬信號的傳輸受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾。

可靠性高：通過(guò)采用先進(jìn)的擴頻通訊、數據糾錯、自適應調頻技術(shù)，有效地保證了數據無(wú)線(xiàn)傳輸的可靠性。另外，無(wú)線(xiàn)射頻傳感技術(shù)不受震動(dòng)以及外界灰塵的影響，測溫精度高。

智能化水平高：在常規模式下，溫度值以分鐘間隔進(jìn)行采集并傳輸到監控中心，當發(fā)生突發(fā)事件導致溫度升高到報警閾值或溫度升速增快時(shí)，溫度測量節點(diǎn)將進(jìn)入快速反應狀態(tài)，持續以秒為間隔密集采集溫度并傳輸報警，從而避免錯過(guò)任何可能的溫升事故。

（3）安裝方便：無(wú)線(xiàn)溫度傳感器體積小、沒(méi)有接線(xiàn)，可以很方便地安裝在開(kāi)關(guān)觸頭、電纜接頭等安裝空間狹小的被測點(diǎn)上。

（4）免調試：通電即可使用，無(wú)需調試，特別適合停電時(shí)間短、安裝工期緊的改造項目。

五、智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫應用

1、高壓開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)測溫方法分析

（1）蠟片測溫法

石蠟片的顏色會(huì )隨溫度的變化而變化，因此，可利用石蠟片來(lái)測量高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度。具體方法是，將石蠟片粘貼于設備連接部位，根據其顏色來(lái)判斷被測溫度，這種方法由于原理簡(jiǎn)單、成本低廉而獲得廣泛應用。但其需要憑個(gè)人經(jīng)驗來(lái)判斷溫度，因而準確率和可靠性比較低，另外也不能進(jìn)行定量測量和實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。而且，對高壓開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭等易發(fā)熱部位因為在運行時(shí)幾乎看不見(jiàn)而無(wú)法測量。

（2）熱紅外測溫技術(shù)

基于熱紅外的高壓開(kāi)關(guān)柜測溫是利用紅外測溫槍、紅外成像儀及紫外成像儀等熱感應設備進(jìn)行非接觸式測溫。其優(yōu)點(diǎn)是測量范圍大，準確度較高，可靠性較好，但是設備儀器昂貴，且需大量人力進(jìn)行定期巡測，無(wú)法實(shí)現溫度的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。

另外，由于高壓開(kāi)關(guān)柜內部件處于高電壓、強磁場(chǎng)及密閉的運行環(huán)境中，測溫石蠟片、熱紅外測溫等常規的測溫方式已無(wú)法實(shí)現柜內部件溫度測量。目前，基于無(wú)線(xiàn)溫度傳感技術(shù)的高壓供電設備溫度實(shí)時(shí)監測是克服上述問(wèn)題的一個(gè)比較理想的解決方案。

圖2 開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫

2、高壓柜內靜觸頭和高壓斷路器動(dòng)觸頭測溫

在高壓電氣設備中，靜觸頭和斷路器的主要作用是實(shí)現分、合，閘。因此為了保證高壓用電設備可靠工作就對其進(jìn)行測溫。隨著(zhù)電力電子技術(shù)不斷發(fā)展及應用領(lǐng)域越來(lái)越寬泛到各行各業(yè)之中后被廣泛采用，而電子設備所需承受電壓升高量也在成倍增長(cháng)著(zhù)且要求電氣設備能夠絕緣正常的使用壽命才能讓它安全、高效運行使用，所以高壓開(kāi)關(guān)柜上的靜觸頭和斷路器在結構、尺寸及保護方面就有了更高的要求，其測溫就是要對其進(jìn)行綜合測控。

 圖3 高壓斷路器動(dòng)觸頭、母排無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

六、安科瑞溫度在線(xiàn)監測系統解決方案

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)放性都得到了較大地提高。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。

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。

3、系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

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：

1. 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。

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

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

1. 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。

1. 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。

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。

七、結語(yǔ)

綜上所述，主要研究了變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫的技術(shù)。通過(guò)對智能化變電站系統進(jìn)行設計，分析了影響其溫度變化原因，闡述了無(wú)線(xiàn)測溫的重要性，并列舉了無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在智能變電站中的實(shí)際應用。相信無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在未來(lái)得到更廣泛應用。

參考文獻：

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［2］ 徐穎敏. 智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)測溫技術(shù)研究[J]. 機電信息, 2013(9):2.

［3］ 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022年05版

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司