實時預警！“高低壓開關櫃無線測溫”，讓過熱隱患無處遁形

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定  201801

摘 要：作為(wei) 保證係統安全運行的重要設備的高壓開關(guan) 櫃裝置,其內(nei) 部導電連接處過熱會(hui) 導致電氣設備的損壞,更嚴(yan) 重的是可能還會(hui) 發生火災等嚴(yan) 重事故。因此,電力係統中電器設備安全運行的一個(ge) 重要課題就是對高壓開關(guan) 櫃實施在線監測。本文主要研究的是針對高壓開關(guan) 櫃接點的無線測溫技術,闡述了高壓開關(guan) 櫃在無線測溫的技術特點及工作原理，具有測量數據準確、可靠性高、絕緣性能好的特點,能很好的適應現場需求,可以在高壓開關(guan) 櫃中廣泛應用。同時介紹了在某風電場項目應用操控及無線測溫技術，並實現及時告警避免了嚴(yan) 重事故的發生。

關(guan) 鍵詞：無線測溫係統；高壓電氣設備；溫度傳(chuan) 感器；無線溫度檢測器

1概述

   我國電力係統的大規模發展，增加了高壓開關(guan) 櫃的運行壓力，隨著電網的改革與(yu) 建設，高壓開關(guan) 櫃的數量越來越多，增加了故障的發生機率。高壓開關(guan) 櫃內(nei) 存在的電氣連接點主要包括母線銅排連接點，手車動靜觸頭連接點以及銅排和電纜連接點，在這些點位需安裝溫度傳(chuan) 感器進行溫度測量。

   溫度測量技術的選用：傳(chuan) 統的測溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導體(ti) 溫度傳(chuan) 感器等測溫，溫度傳(chuan) 感器與(yu) 測溫儀(yi) 之間采用金屬導線傳(chuan) 輸溫度信號。電氣設備測溫檢測，由於(yu) 溫度傳(chuan) 感器直接安裝於(yu) 高壓接點/觸點上，其信號傳(chuan) 輸金屬導線的絕緣性能無法保證。 同時，對於(yu) 改造類項目實施難度較大，因此推薦采用無線測溫方法進行檢測。目前無線測溫方法包括電磁感應供電無線測溫、電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。紅外測溫需要鏡頭對準發熱點，塵土震動對其影響較大；有源無源測溫較合適，無需布線，易於(yu) 安裝，但有源測溫需要外供電池，受電池壽命影響，需要更換；電磁感應供電無線測溫具有測溫速度快、周期短、免維護、使用壽命長、故障率低等特點。

2開關(guan) 櫃溫升原因分析

   目前，電力係統內(nei) 部使用的開關(guan) 櫃，都要通過型式試驗對入網的開關(guan) 櫃進行處理，在溫升方麵，要求比較嚴(yan) 格。根據相關(guan) 理論進行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負荷不會(hui) 達到開關(guan) 櫃的設計滿容量，更不會(hui) 引發開關(guan) 櫃的溫升問題。但是，實際情況並非如此。根據實際運行經驗可知，隨著負荷的不斷增加，使得開關(guan) 櫃的溫升迅速增加。當負荷超過開關(guan) 額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為(wei) 明顯，此時早已不符合標準要求。當負荷比較低時，溫升現象不明顯。在實際運行中，與(yu) 試驗室測出的溫升數據相比，開關(guan) 櫃實際溫升水平普遍比較高，並且多數情況下，當溫升超標時，開關(guan) 櫃甚至遠沒有達到設計滿容量。對於(yu) 高壓開關(guan) 櫃來說，開關(guan) 觸頭、母排連接點的實際溫升，通常情況下總是高於(yu) 試驗數據，其原因主要表現為(wei) ：

   1.在試驗室完成型式試驗，測得相應的數據，在持續時間方麵，雖然達到了穩定溫升所需要的試驗時間，但現場環境複雜，加上試驗過程中，不具備溫升累積效應，不能等同現場長期運行並持續發熱的設備。

   2.不同金屬在膨脹效應方麵存在差異。鋼製螺栓的金屬膨脹係要比銅質、鋁質母線的金屬膨脹係數小得多，對於(yu) 螺栓型設備接頭來說表現得尤為(wei) 突出，在實際運行過程中，隨著負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方麵，由於(yu) 鋁、銅與(yu) 鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應力作用的影響和製約，導致金屬緩慢發生塑性變形。實踐證明，當接頭處的運行溫度超過80℃時，因過熱使得接頭金屬發生膨脹，同時受各種因素的影響，進一步產(chan) 生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由於(yu) 接觸麵氧化膜的覆蓋，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環都會(hui) 使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環。

   3.連接部位緊固螺栓壓力不合理。對於(yu) 導體(ti) 連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認為(wei) 螺栓擰得越緊越好，實際並非如此。由於(yu) 鋁質母線的彈性係數較小，當螺母壓力達到臨(lin) 界值時，如果材料強度比較差，當繼續增加壓力時，將會(hui) 導致接觸麵變形隆起，使得接觸麵積進一步減少，使接觸電阻變大，進而影響導體(ti) 的接觸效果。

   4.由於(yu) 導體(ti) 原材料純度不夠，造成導體(ti) 材料電導率不滿足要求。

   5.其它因素，例如在加工、連接、安裝母線過程中，對母線接觸表麵處理不到位、不夠平整，進而減少有效接觸麵積，使接觸電阻變大而產(chan) 生發熱。

   以上的情況都會(hui) 造成高壓開關(guan) 櫃的溫升異常，所以加強對運行開關(guan) 設備溫升的監視，發現問題及時采取措施就變得非常必要。

3無線測溫係統的技術優(you) 勢及適用範圍

   無線測溫係統的通信頻段一般設置為(wei) 2.3~2 .5GHz，處於(yu) 高頻波段，抗幹擾能力強。通信技術選擇ZigBee技術，適用於(yu) 短距離通信，使用複雜度較低，具有低功耗、低成本的優(you) 點，實時處理能力強。溫度傳(chuan) 感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體(ti) 積較小，便於(yu) 安裝和使用，內(nei) 部采用鋰電池供電，使用壽命長。傳(chuan) 感器使用二進製編碼，處理分析方便。

   溫度傳(chuan) 感器在使用時應用無線傳(chuan) 輸技術，不需外接數據線，係統安全性能高，漏電風險小。由於(yu) 溫度傳(chuan) 感器在信息傳(chuan) 輸時不需要使用外部數據線， 因此不會(hui) 受到溫度、濕度、灰塵、振動等的影響，數據傳(chuan) 輸穩定性高，抗幹擾能力強。溫度傳(chuan) 感器與(yu) 計算機連接並通過計算機中的軟件對檢測數據進行處理 和分析，具有良好的實時性，同時還可節省人力資源，提高工作效率。與(yu) 傳(chuan) 統的紅外測溫傳(chuan) 感器相比，本研究提出的無線測溫係統不需要人工進行操作，受周圍環境、設備構造的影響比較小，測量精度比較高。目前研製的無線測溫係統工作範圍為(wei) 35kV以下高壓開關(guan) 、繼電器以及多種接觸點，地下電纜的檢測電壓為(wei) 110 kV，在使用時要注意工作電壓的限製。

4安科瑞溫度在線監測係統

1概述

   電氣接點在線測溫裝置適用於(yu) 高低壓開關(guan) 櫃內(nei) 電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guan) 、高壓電纜中間頭、幹式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、鬆動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為(wei) 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無線測溫監控係統通過RS485總線或以太網與(yu) 間隔層的設備直接進行通訊，係統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳(chuan) 輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了提高。該係統具有遙信、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，可以監控無線測溫係統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴(yan) 重故障發生。

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(ye) 、變配電所等電力設備的溫度監測。

3係統結構

溫度在線監測係統結構圖 

4.係統功能 

實時監測

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫係統人機界麵友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據，及有關(guan) 故障、告警等信號。

詳細溫度查詢

   曆史溫度曲線、實時溫度曲線查詢、實時溫度數據查詢

實時報警

   Acrel-2000T 無線測溫監控係統具有實時報警功能，係統能夠對溫度越限等事件發出告警。

曆史事件查詢

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫監控係統能夠對高溫告警事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。可以按時間、類型和設備進行查詢和排序。

5.係統硬件配置

   溫度在線監測係統主要由設備層的溫度傳(chuan) 感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關(guan) 以及站控層的測溫係統主機組成，實現變配電係統關(guan) 鍵電氣部位的溫度在線監測。

顯示單元

6結語

   無線測溫係統由溫度傳(chuan) 感器、通信係統、顯示係統等組成，並通過數據線或者通信芯片與(yu) 上級計算機連接，可以實現對多個(ge) 高壓電氣設備溫度的在線監測預處理，幫助工作人員及時發現隱患，保證生產(chan) 設備的性能。無線傳(chuan) 輸技術無需使用外部電線，可以有效減少傳(chuan) 輸過程中的電容耦合和 電感耦合，實現高壓環境檢測設備與(yu) 次級處理設備之間的電氣隔離，具有較高的性能，在高壓電氣設備檢測領域有著廣泛的應用前景。