淺談在線測溫系統(tǒng)高壓開關柜電氣設備中的應用研究

孟洋

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：近年來，由于開關柜溫度的升高而引發(fā)的停電事故不斷增加，加強開關柜溫度的在線實時溫度監(jiān)控顯得特別重要。該文研制了一款用于KYN28-12鎧裝式封閉高壓開關柜的溫度進行密切監(jiān)測的系統(tǒng)，能夠實時監(jiān)控溫度變化情況，確保設備可靠運行。還可以實現自動化、無人化、實時化的遠程監(jiān)控，減少人力、物力的消耗，在實踐中具有十分重要的意義。

關鍵詞：無線測溫在線監(jiān)測開關柜

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高，用電量逐年增加，而電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行已經成為了各個輸配電公司控制的重要目的，也是確保電力系統(tǒng)正常運轉的重要基礎。在電力系統(tǒng)中，封閉式10kV高壓開關柜因載流負荷過大引起設備事故嚴重影響著電網系統(tǒng)的正常運行，加強高壓開關柜溫度實時監(jiān)控顯得尤為重要。所謂變電站設備溫度監(jiān)控是指通過探測器及溫度控制裝置，監(jiān)控開關柜內重要設備的溫度，檢修人員能夠了解設備的溫度狀態(tài)，一定程度上減少變電站事故的發(fā)生，防患于未然。通過無線測溫裝置可以提前做好應急預案，讓工作人員及時了解設備運行的溫度，減少設備運行的風險，提高設備運行效率。另外，還可以實現自動化、無人化、實時化的遠程監(jiān)控，減少人力、物力的消耗，具有十分重要的意義。因此，該文試圖設計一套KYN28-12鎧裝式封閉高壓開關柜電氣設備在線測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效監(jiān)控載流所引發(fā)的溫升故障，保證電力設備的可靠運轉，減少電力設備的維修次數，提高設備的運行效率，實現自動化、可靠話的自動化運營。

1開關柜在運行中的發(fā)熱問題

封閉式高壓開關柜的一次部分由3個空間構成，斷路器機構、母線、出線接頭分別位于這3個空間內，相互隔絕獨立。按照設計制造以及運行規(guī)程要求，“除實現電氣連接、控制、通風在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態(tài)。"因此，造成電氣設備發(fā)熱的原因很多如果運行維護不當，沒有采取有效措施，運行過程中未能及時發(fā)現溫度升高，則很有可能引起設備事故。過去，基于電氣設備的發(fā)展，測溫工作基本針對于室外敞開式設備，多種紅外測溫及成像工具的研發(fā)已經非常成熟，測溫均能取得不錯的效果，工作人員得以及時發(fā)現并消除過熱問題。但封閉式高壓開關內設備的測溫問題一直是困擾電力檢修工作的重要內容，設備的穩(wěn)定運行得不到保障，成為運行維護工作中常常出現的盲區(qū)。

2開關柜測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成

開關柜測溫總體框架包括變電站、傳感器、終端機、站內監(jiān)控端等若干個部分組成。其中，傳感器是用于搜集各個主要設備的溫度，該系統(tǒng)擬定在每個開關柜安裝6個傳感器，分別在A、B、C三相進線和A、B、C三相出線；終端機是用于收集6個探頭的溫度，并且實時通過485總線傳遞給站內監(jiān)控端；站內監(jiān)控端預裝了監(jiān)控端軟件，可以實時寫入各個傳感器的溫度，并且根據系統(tǒng)預設的溫度提供升溫報警、溫度查詢等功能。

3抗干擾技術應用研究及改進措施

電磁干擾可以分為內部干擾和外部干擾兩種干擾源，但是，高壓開關柜常年封閉在金屬柜體中，外部干擾源很難進入到高壓開關柜中，可以起到電磁干擾保護作用。因而，本文探討的抗干擾技術針對的是高壓開關柜內部的抗干擾措施。當前，抗干擾技術主要是通過阻止干擾源、傳播途徑和電磁敏感設備三大要素，從而實現電磁干擾的阻斷。但是，高壓開關柜大多處在高電壓、大電流的狀態(tài)下，可能還會存在較強瞬間較強的電池干擾，產生強烈的電磁波，從而影響高壓開關柜內的溫度，甚至對測溫系統(tǒng)造成嚴重的影響。

因此，該系統(tǒng)針對抗干擾技術的應用，進行了磁兼容性能試驗，具體的測試方法為對高壓側的電路進行電磁屏蔽，不僅僅可以提高高壓側的抗干擾能力，還能夠減少抗干擾技術對溫度的影響。磁兼容性能試驗測試結果見表1所示，試驗內容包括靜電放電、電快速瞬變脈沖群、浪涌三大部分，依據標準均按照相關國標執(zhí)行，測試等級為所有的實驗內容均達到EMC型式試驗認證4級標準，測試結果為系統(tǒng)正常工作。因此，該系統(tǒng)設計的電磁抗干擾技術效果能夠達到預期設計目標，滿足設計需要。

表1 磁兼容性能試驗結果

4實施效果分析

開關柜在線測溫系統(tǒng)安裝、測試完成后，對系統(tǒng)進行了試用及反復論證，得出該系統(tǒng)在實踐中應用具有以下幾個方面的效果：（1）實現環(huán)網柜接點的無源無線方式傳感，能夠實現在線實時溫度監(jiān)控，有助于檢修人員根據需要采取應急預案，節(jié)約了現場巡查時間和次數，減少了電力設備運行的人力資源成本，提高了人力資源利用效率。（2）能夠通過系統(tǒng)查詢到高壓開關柜設備的歷史溫度，為設備運行溫度控制提供了依據，為設備的設計提供了基礎參數，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。（3）可以有效減少設備運行的事故，特別是部分設備安裝時間長，設備老化等現象突出，容易因為短路等原因造成停電、火災、爆炸等事故發(fā)生。通過實時溫度監(jiān)控系統(tǒng)，可以減少人工巡檢次數，并且及時發(fā)現電力系統(tǒng)運行中的各種質量影響因素，減少電力故障發(fā)生概率，提高輸配電的質量。（4）該系統(tǒng)不僅僅能夠實時監(jiān)控溫度，記錄設備歷史溫度，還能夠根據溫升情況實時報警，有助于電力搶修人員及時到達現場搶修，減少電力故障發(fā)生時間。因此，該系統(tǒng)是實現智能電網的重要突破，能夠為我國的電網智能化提供良好的基礎和保證。

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖1），系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數據及有關故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向手機發(fā)送吿警信息短信.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點在線測溫結構圖

5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

  無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

5.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

  無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞顯示終端

  顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現場情況。

6 結語

在電力輸配電實際生產過程中，常常會因為設備高溫導致電力輸配電系統(tǒng)斷電，現有的普通測溫手段和方法并不能實時監(jiān)控設備溫度。因此，該文在綜合國內外測溫手段和方法的研究現狀基礎上，試圖進行了開關柜在線測溫系統(tǒng)的設計、測試及安裝。將開關柜測溫系統(tǒng)分為變電站、傳感器、終端機、站內監(jiān)控端等若干個部分，可以實時寫入各個傳感器的溫度，并且根據系統(tǒng)預設的溫度提供升溫報警、溫度查詢等功能。通過該系統(tǒng)測試論證得出，該系統(tǒng)可以一定程度上降低電網企業(yè)的人力巡檢成本，減少設備故障發(fā)生，提高設備運行效率及輸配電質量，該系統(tǒng)是實現智能電網的重要突破，能夠為我國的電網智能化提供良好的基礎和保證。

【參考文獻】

[1] 李春曦,王佳,葉學.我國新能源發(fā)展現狀及前景[J].電力科學與工程，2012,28（4）：1-8.

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[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.