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關于高壓開關柜在線測溫方案的應用探討
更新時間：2023-01-11點擊次數：777次
關于高壓開關柜在線測溫方案的應用探討
任運業
（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）
摘要：全封閉式高壓開關柜在配電網中大量使用，運行可靠性得以大幅提高，由于高壓開關柜全封閉的特點及無人值守運行模式給日常巡視工作帶來了困難，尤其柜內一次電氣接頭的發熱不易及時發現，易造成故障范圍的擴大，通過對高壓開關柜在線測溫方案探討分析，提出了一種全新的測溫方案，以滿足不同現場條件的需求。
關鍵詞：接頭發熱?測溫?傳輸方式?探討
0引言
目前隨著全封閉式高壓開關柜在10kV系統電網中的大量使用，對其可靠性也提出了更高的要求，然而在長期的運行中開關柜內部電氣接頭的異常發熱已成為影響開關柜安全運行眾多因素中常見的問題。針對目前高壓設備溫度監測的現狀，高壓電氣接點溫度在線監測系統解決了在常規的溫度監測手段中所遇到的問題，為避免高壓電氣設備事故起到了很好的預警作用。
1高壓開關柜電氣接頭測溫方法存在的問題
1.1?紅外測溫法
紅外測溫是非接觸式測溫方式，即利用紅外線點溫儀通過對全封閉式高壓開關柜柜門上的巡視玻璃看窗進行測溫，但由于玻璃的反射作用，造成測溫誤差較大，因此該測溫方法是不可行的。針對此問題將玻璃看窗換成價格昂貴的紅外線玻璃看窗，解決現場的測溫問題，但卻無法實現遠傳，不利于集控站實時監測。
1.2?無線測溫法
將無線測溫探頭固定在封閉柜內待測溫的電氣接頭上，無線接收裝置則放置在柜外，實現了無線實時測溫，并能夠進行后臺監控。該測溫方法的缺點是：封閉式開關柜內的運行環境十分惡劣，電磁干擾嚴重，由于高壓開關柜各隔室除電纜室玻璃看窗外均采用金屬擋板進行密封處理，降低了無線測溫設備數據傳輸度和可靠性，測溫探頭內電池的無線發功率比較小，抗電磁干擾差，也會導致測溫數據傳輸出現錯誤。
1.3?光纖光柵傳感器
該設備抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫以及信號衰減比較小、質輕、集信息傳感與傳輸于一身等，有效解決常規檢測技術中無法解決的測量難題，但是由于一個測溫點的價格就高達3000元以上，因此在變電站中推廣應用受到一定的制約。為解決高壓開關觸頭處于高電壓、高溫度、強磁場的電磁干擾環境中，實現對觸頭的測溫及測溫裝置造價成本過高不易大面積推等問題，各廠家及科研機構主要針對無線測溫方法中的信號傳輸頻率、抗干擾性進行了研究，為在線測溫方法的多樣性提供了現實的指導意義。
2高壓開關柜超溫遠程報警系統
超溫遠程報警系統從功能角度可以分成三部分：用于監測被測電氣接頭溫度的溫度采集模塊、用于接收電氣接頭溫度報警的紅外接收模塊、用于查看報警信息及其功能設置的顯示終端模塊及后臺監控系統。
2.1?溫度采集模塊的組成
由溫度傳感器、單片機、紅外發射器、電池等元器件組成。通過模塊內的單片機可實現溫度監測、電池電壓檢測以及通過與顯示終端模塊的對答功能，實現每一個溫度采集模塊ID地址的配置。溫度采集模塊固定在待監測的三相電纜終端接頭附件的金屬導電體上，在監測到電氣接頭的溫度達到報警溫度閥值時（溫度閥值設為70°），啟動單片機將配置的ID地址及溫度數據組合后編碼調制通過紅外發射器進行紅外數據傳輸。
2.2?紅外接收模塊的組成
由單片機、紅外收發器、485通訊等元器件組成。可實現溫度報警信號的紅外數據接收，接收到的數據信號經單片機解碼后通過485通訊接口傳輸到顯示終端模塊。接收模塊的外殼采用磁吸設計，可方便地吸附在金屬柜體的內部，確保接收的靈敏性。
2.3?顯示終端模塊組成
顯示終端模塊主要由終端單片機、液晶屏、設置按鍵、LED顯示及485通訊接口、電源、繼電器等元器件組成。紅外接收模塊接收到的數據信號通過485通訊接口傳輸到顯示終端模塊內的單片機上去控制相應的LED燈顯示，起到指明某個電氣接頭監測點發熱的作用。同時啟動繼電器輸出開出量用于給上位機上傳報警信號。
2.4?溫度采集模塊的紅外遙控編碼傳輸協議
溫度采集模塊的編碼調制采用NEC編碼傳輸協議，其特點：8位地址和8位命令，為提高可靠性，地址和命令都分別傳輸2次，第2次為反碼傳輸。脈沖間隔調制：38kHz載波頻率；每一位時間為1.12ms（0）或2.25ms（1），調制采用脈沖間隔時間調制每一位。每一個脈沖都是560uS長度的38kHz載波脈沖，占空比為1/4或1/3（約21個周期），邏輯1：2.25ms，邏輯0：1.12ms，實現高壓柜內每個溫度采集器模塊地址的準確性。
2.5?溫度采集模塊ID地址的配置
長按溫度采集模塊上的按鍵開關3s以上，給溫度傳感器單片機輸入高電平信號，單片機芯片采用NEC紅外遙控協議調制成38kHZ載波頻率輸入到紅外線發射器上，紅外接收模塊上的紅外接收器接收到這個紅外發射信號后，通過紅外接收器內部電路對調制信號進行解調比較后輸出高低電平，還原出發射端的信號波形后輸送給紅外接收模塊內部的接收頭單片機芯片，接收頭單片機芯片隨機產生8位2進制ID地址信號后采用NEC協議進行編碼調制輸出給紅外發射器，溫度采集模塊上的紅外接收器接收到這個信號后經解碼輸入到溫度采集模塊上的單片機芯片上存入這個ID地址，至此這個溫度采集模塊有了準確性ID地址，為顯示終端識別這個溫度采集模塊提供了先決條件，
3安裝應用
溫度采集器模塊通過硅膠綁帶方式將溫度傳感器的感溫面直接貼合固定在被測A、B、C三相電氣接頭上待測電氣接頭附近的金屬導電體表面上。
紅外接收模塊的外殼具有磁吸功能，可吸附在高壓開關柜的內壁上可方便紅外接收角度的調整。
顯示終端模塊安裝在高壓柜儀表室內，由柜內電源提供工作電源，開出量端子與綜合保護裝置的開入量端子連接（圖1）。
4安科瑞溫度在線監測系統解決方案
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、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，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，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、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
4.2應用場所
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。
4.3系統結構
溫度在線監測系統結構圖
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關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
溫度顯示
顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
溫度曲線
查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運行報表
查詢及打印各測溫點某一時間的溫度數據。
實時告警
系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。
歷史事件查詢
能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
4.5系統硬件配置
溫度在線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關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
5結束語
近年來，電力系統已發生多起因設備過熱而發生火災和大面積停電事故。分析表明，我國每年發生的電力事故，有40％是由高壓電氣設備過熱所致；而在采用高壓開關柜和電力電纜的供電系統中，有70％以上的電纜運行故障是因為連接部位接觸電阻變大、過負荷等引起接頭溫度過高所致。如某110kV變電站就出現過因饋出線電纜接頭及開關一次觸頭發熱起火，燒掉3面10kV全封閉式高壓開關致使全站長時間停電，造成了巨大的經濟損失。地方大型化工企業等為保證供電的可靠性生產的連續性，電纜接頭測溫已成為高壓開關柜的標配，但受制于技術的可靠性及安裝成本的過高，還未能大面積推廣，但隨著技術的成熟，成本的降低，相信會有很大的市場需求。
參考文獻
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[4] 王炳國，胡金海，潘東生.高壓開關柜在線測溫方案的探討分析
[5] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版
作者簡介：
任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司，從事配電監測的研究與應用。
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