淺談變電站開(kāi)關(guān)柜溫度在線(xiàn)監測系統設計

摘要：變電站主要是對電耗能和輸送、配電等方面進(jìn)行處理，其中最重要的要數變電站開(kāi)關(guān)柜，該設備數量較多，并且每一臺開(kāi)關(guān)管之間均相互影響、相互作用，在日常工作運行當中如果有一臺變電站開(kāi)關(guān)柜出現停止運行或者安全事故等情況，會(huì )牽連到整個(gè)變電站的輸送配電情況，造成較大事故。

關(guān)鍵詞：變電站開(kāi)關(guān)柜；設備無(wú)線(xiàn)測溫系統；

0引言

變電站高壓開(kāi)關(guān)柜設備在長(cháng)期運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜內的觸點(diǎn)、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動(dòng)導致在正常負荷下發(fā)熱現象，如果不能對這些部位的溫度進(jìn)行有效的檢測，可能會(huì )導致整個(gè)變電站運行的癱瘓。如何設計一個(gè)實(shí)用的溫度檢測系統對開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行快速、準確的檢測，是需要研究的重要課題。

1國內外研究現狀及發(fā)展趨勢

1.1紅外成像測溫

紅外成像測溫最早出現在上世紀的瑞典，因其具有先天的優(yōu)勢，所以一步一步得到較快的發(fā)展。紅外成像的原理簡(jiǎn)單說(shuō)就是任何物體其本身都是有溫度，它能向外界發(fā)出熱量，而向外發(fā)出熱量的強弱可以定性的將其描繪出來(lái)，可以通過(guò)不同顏色進(jìn)行繪制，從而簡(jiǎn)單易見(jiàn)，直觀(guān)發(fā)現。我們現在所常見(jiàn)的紅外成像儀就是根據這個(gè)原理制成的，用在開(kāi)關(guān)柜上就是根據柜內設備所散出的熱量的強度，然后通過(guò)專(zhuān)門(mén)的儀器繪制成圖，就能非常直觀(guān)的觀(guān)測到熱量的強度而不用人為的打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜，減少不必要的損失的人員潛在危險。在我國電力這個(gè)大的行業(yè)中，紅外成像技術(shù)首先被引進(jìn)，也得到比較廣泛的推崇和應用。

紅外成像技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)是在監測電氣設備的時(shí)候無(wú)需使設備停止運行就能檢測到溫度，這個(gè)有點(diǎn)很適合用于變電站，但是紅外成像技術(shù)也有它不好的一面。紅外技術(shù)的精髓是發(fā)出不同的紅外線(xiàn)，然而紅外線(xiàn)的穿透能力不是很強，尤在遇到一些硬質(zhì)物體或者厚的鐵片的時(shí)候，其能力大大降低，而且紅外線(xiàn)受外界環(huán)境的的依賴(lài)也很大，不同的環(huán)境也將導致溫度信息傳遞的正確性。因此綜上所述，紅外測量技術(shù)用在變電站開(kāi)關(guān)柜中不能做出比較準確的預測，精確度不高。

1.2光纖測溫

近幾十年來(lái)，光纖技術(shù)從它的一出現就發(fā)展快速，光纖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)己不用過(guò)多介紹，它相對于電纜來(lái)說(shuō)進(jìn)步非常大，體積小，附加的保護投入措施也很小，并且因為它沒(méi)有電流干擾，全程都是通過(guò)光的形式傳播，抗電磁干擾能力非常強，這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)就非常適合在變電站等強磁場(chǎng)的場(chǎng)合下使用。光纖測溫因其優(yōu)點(diǎn)比紅外測溫更較常用于開(kāi)關(guān)柜中，目前用在開(kāi)關(guān)柜的場(chǎng)合主要分兩種：一種是將光纖作為溫度傳感器來(lái)使用；一種是將光纖作為信號傳輸介質(zhì)。由于光纖傳遞的種種優(yōu)點(diǎn)，如果將光纖傳遞作為開(kāi)關(guān)柜傳感器與主站之間的傳輸媒介，用半導體溫度傳感器作為柜內測量溫度的探頭，這種方法也有缺陷，首先光纖傳遞費用昂貴，適合遠距離傳輸，而變電站開(kāi)關(guān)柜與主站之間距離太短，而且與監控中心最遠不過(guò)幾十公里，另外，半導體溫度傳感器探頭的抗干擾能力太差無(wú)法適應變電站惡劣的環(huán)境也是次方法被不用的原因之一。

1.3無(wú)線(xiàn)測溫

通常分為有源和無(wú)源測溫，有源無(wú)線(xiàn)測溫的簡(jiǎn)單測量原理是將溫度傳感器（多為DS18B20）放在被檢測的部件上，采集部件的溫度信息（為數字信號），然后溫度信號以無(wú)線(xiàn)通信的方式進(jìn)行傳輸，其供電方式則是電池供電。缺點(diǎn)是傳感器探頭及無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路采用電池或小電流互感器取能供電，電池存在使用壽命短和更換困難的問(wèn)題，互感取能存在電流大小不易控制和安裝困難問(wèn)題。

2高壓開(kāi)關(guān)柜測溫的特點(diǎn)

在線(xiàn)測溫方式高壓開(kāi)關(guān)柜有特殊規定，與普通的測溫有區別：

（1）溫裝置的高壓絕緣問(wèn)題突出

高壓開(kāi)關(guān)柜通過(guò)柜體內測溫裝置和柜體外溫度接收裝置，把測得高壓溫度數據輸送出去，同時(shí)柜體內外的高、低壓側會(huì )產(chǎn)生高壓絕緣現象，有效的隔離措施必須采取，否則就會(huì )產(chǎn)生絕緣故障。

（2）開(kāi)關(guān)柜的原有功能不受測溫裝置影響

開(kāi)關(guān)柜是由斷路器和柜體組成，可操作性的設備是斷路器，所以斷路器等可操作設備的操作功能不受測溫設備的影響。

（3）紅外測溫等方法不能適應現場(chǎng)的開(kāi)關(guān)柜結構

開(kāi)關(guān)柜是由斷路器和柜體組成，絕緣熱縮包封是針對柜體內導電部位，減少小型物種進(jìn)入柜內引起短路和柜內受潮污垢等造成閃污現象。

（4）高壓開(kāi)關(guān)柜的運行環(huán)境的嚴重電磁干擾

柜內的電壓、電流以及變電站內都會(huì )不可避免的產(chǎn)生巨大的電磁輻射，削弱測溫系統的測溫性能，測溫數據的準確性會(huì )降低。應采取減小誤差的方式和適當的校驗措施來(lái)提高溫度數據的準確性。

3 SAW測溫系統的硬件設計

3.1溫度數據采集

通常安裝在被測部位的表面，像高壓開(kāi)關(guān)柜內的母線(xiàn)連接接頭和裸露觸點(diǎn)等位置。用于溫度信號的感應和輸送的無(wú)線(xiàn)溫度采集器，其結構包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路。

溫度采集器是測量柜內溫度的最下層的構件，使用saw用于檢測溫度信息，無(wú)線(xiàn)發(fā)射電路使用433MHz的發(fā)射電磁波，站內開(kāi)關(guān)柜內的SAW傳感器傳感頭接收到后轉換為自己的能量，并將測量到的觸點(diǎn)溫度調制到電磁波上，并以無(wú)線(xiàn)方式將調制數據傳到采集終端上，實(shí)現被測點(diǎn)溫度信息的實(shí)時(shí)采集，從而實(shí)現非接觸溫度測量。

3.2系統通信實(shí)現

通信管理裝置，它是連接各個(gè)部件的中間橋梁，將開(kāi)關(guān)柜內溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調度大廳的信息監控中心，通信系統是否安全快捷也是判斷這個(gè)系統整體是否有效的原因之一。信息通信系統可實(shí)現對各種不同種類(lèi)的開(kāi)關(guān)柜內溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數據采集以及數據處理，將檢測結果和設備狀態(tài)通過(guò)專(zhuān)門(mén)搭建的用于電網(wǎng)通信的內部專(zhuān)網(wǎng)傳送到站控中心和遠方的監控和數據采集管理系統。

隨著(zhù)現代社會(huì )工業(yè)分布式控制系統的發(fā)展，RS-485通訊作為一種抗電氣噪聲干擾能力更強，能夠傳輸更遠距離的數字通信方式應運而生。RS-485標準在用于變電站與調度中心控制室的傳輸距離上是合理的，并且還具有傳輸速率快和抗干擾能力強等幾大優(yōu)勢，通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠、寬共范圍的通信平臺。

3.3SAW測溫系統的軟件設計

基于SAW的溫度監測系統的軟件設計部分，軟件可直接測試以及監測溫度系統的工作情況，仿真后可直接在電腦上顯示。此溫度監測系統的系統前期是系統自檢，看看系統是否能可靠運行，隨后再進(jìn)行溫度的監測，主要分為兩部分，一部分為溫度的檢測，首先是溫度數據采集；信號傳輸；數據分析處理和診斷。溫度數據采集是由安裝在開(kāi)關(guān)柜內高壓設備關(guān)鍵測溫點(diǎn)上的聲表面波傳感器收集的第一手溫度數據，然后將檢測到的溫度數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸到采集終端，進(jìn)行計算與設定的溫度進(jìn)行比較，看是否超溫。另二部分則為溫度系統的警報，如果超溫，則報警系統通過(guò)報警裝置報警，以通知相關(guān)工作人員及時(shí)處理，同時(shí)將超溫數據打印出來(lái)，以供參考。不管是超溫還是沒(méi)有超溫，都要在調度監控中心的屏幕上看到。

4安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫系統

4.1系統結構

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)放性都得到了極大地提高。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。

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

4.2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。

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。

4.3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結語(yǔ)

變電站開(kāi)關(guān)柜是保證輸送電壓的關(guān)鍵。有句俗話(huà)叫做“工欲善其事，必先利其器"，材料的發(fā)展水平是器件的關(guān)鍵，就目前而言，新型敏感材料的研究方向包括薄膜材料和復合壓電材料的研究等，因此為了提高傳感器在實(shí)際測量中的精度及敏感度，需要提高制作工藝。

參考文獻：

[1]孫磊.賈振威.變電站開(kāi)關(guān)柜內設備無(wú)線(xiàn)測溫系統研究

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版．

[4]安科瑞用戶(hù)變電站變配電監控解決方案2021.10