淺談無線測溫系統(tǒng)在智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜的應(yīng)用

摘要：隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，變電站也得到了廣泛地應(yīng)用,為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠運(yùn)行創(chuàng)造條件。而在智能化高壓開關(guān)柜中對實(shí)時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，接著講述了智能化變電站系統(tǒng)運(yùn)行基本要求，強(qiáng)調(diào)智能化變電站無線測溫技術(shù)的重要性，末尾講述了智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜無線測溫實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:智能變電站；高壓開關(guān)柜；測溫

一、引言

前我國電力系統(tǒng)正向著大電網(wǎng)、高可靠性、高自動化水平方向迅猛發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行自動化、智能化的監(jiān)控水平已成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問題。高壓配電開關(guān)柜是配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔(dān)著開斷和關(guān)合電力線路等重要作用，但在長期運(yùn)行過程中，開關(guān)的觸點(diǎn)、母線及出線連接等部位因氧化腐蝕或因緊固螺栓松動等原因至使接觸電阻變大，在高負(fù)荷運(yùn)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)溫度無法監(jiān)測，導(dǎo)致連接部位溫度過高甚至燒毀，造成事故停電。因此，對高壓開關(guān)柜連接點(diǎn)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測及預(yù)警是非常

必要的。

二、智能化變電站簡介

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(shù)字量，再通過數(shù)字電度表對其進(jìn)行顯示與控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)用高壓繞組中所需轉(zhuǎn)換電壓、高電流和大電流運(yùn)行等功能。同時還可以根據(jù)需要在高壓柜上安裝相應(yīng)保護(hù)裝置。隨著我國電網(wǎng)發(fā)展越來越進(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(xiàn)代化建組成部分之一。

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(yùn)行環(huán)境下，當(dāng)設(shè)備的某一參數(shù)發(fā)生了變化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)都會發(fā)生變化。例如溫度升高、電流變大等情況。同時也可以通過改變電路中元件的選型來調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，從而對整個電力網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控和管理，這樣所導(dǎo)致的反應(yīng)速度比傳統(tǒng)變電站更快而且更加靈敏準(zhǔn)確。（1）靈活性強(qiáng)。在設(shè)備運(yùn)行時，當(dāng)出現(xiàn)故障或發(fā)生突發(fā)狀況時智能化變電站就可以通過對內(nèi)部故障進(jìn)行分析和診斷，并及時采取有效的措施解決問題。（3）自動化程度高。在設(shè)備運(yùn)行中如果有突發(fā)問題發(fā)生時，個系統(tǒng)都會被保護(hù)裝置自動斷開、切斷等操作以避免造成人員損傷或事故。同時也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控整個系統(tǒng)工作狀態(tài)及溫度變化過程等功能都是這樣所導(dǎo)致得反應(yīng)速度更快準(zhǔn)確度更高且更加靈敏性更強(qiáng)。

圖1　智能變電站結(jié)構(gòu)示意圖

3、變壓器測溫理論基礎(chǔ)

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

三、智能化變電站運(yùn)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(nèi)綜合管理、繼電保護(hù)和運(yùn)行控制等。（1）站內(nèi)綜合管理。智能化變電站通過對柜體進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)主變壓器及設(shè)備故障分析與停電檢修工作，并及時向調(diào)度中心報告告警?？筛鶕?jù)電網(wǎng)情況自動切換主接線或運(yùn)維操作指令。能有

效地保證系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。（2）繼電保護(hù)功能。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生足以損壞設(shè)備或危及電網(wǎng)安全運(yùn)行的故障時，使被保護(hù)設(shè)備快速脫離電網(wǎng)。對電網(wǎng)的非正常運(yùn)行及某些設(shè)備的非正常狀態(tài)能及時發(fā)出警報信號，以便迅速處理，使之恢復(fù)正常。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化和遠(yuǎn)動化，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動控制。（3）智能化。變電站的運(yùn)行監(jiān)控功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，操作控制，安全監(jiān)視，時間順序記錄，故障錄波和測距，人機(jī)聯(lián)系功能，數(shù)據(jù)處理與記錄，諧波分析與監(jiān)視等功能。

2、智能化變電站的性能指標(biāo)

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

3、智能化變電站設(shè)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(shè)備以及靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。所以可以根據(jù)上述要求進(jìn)行可靠性評估。通過對以上內(nèi)容分析可知：（1）對于絕緣子串接頭來說的話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(jié)構(gòu)來講的話還得考量它是否能長期正常運(yùn)行并具備一定的壽命周期問題，因此變電站中所使用的所有智能化設(shè)備都要根據(jù)自身具體情況來進(jìn)行選擇。（2）智能化設(shè)備的可靠性評估主要是依據(jù)其本身的性能指標(biāo)以及運(yùn)行參數(shù)來進(jìn)行計算，而這些數(shù)據(jù)又不能直接拿來作為整個變電站系統(tǒng)可靠度分析和評價體系設(shè)計時重要參考。（3）如果因?yàn)橐馔馇闆r而導(dǎo)致故障發(fā)生的話就會對整個變電站系統(tǒng)造成很大影響。（4）當(dāng)我們使用的是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信原理來實(shí)現(xiàn)信息交互、數(shù)據(jù)共享及遠(yuǎn)程控制等功能后所進(jìn)行開發(fā)完成并達(dá)到智能化水平之后才可投入使用運(yùn)行，因此對于這些設(shè)備的可靠性評估是相當(dāng)有必要且非常重要的環(huán)節(jié)之一。

4 、智能化變電站無線測溫的必要性

在變電站的運(yùn)行過程中，開關(guān)柜和變壓器是一個重 要組成部分。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)也變得越來越 復(fù)雜。傳統(tǒng)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(shè)備具有較高測量速度以及較大范圍度地采集現(xiàn)場信息并進(jìn)行處理與顯示功能。同時它還可以根據(jù)不同條件下對變 電站內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化做出快速響應(yīng)，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行要求變電站的絕緣材料。在發(fā)展過程中，隨著技術(shù)進(jìn)步以及市場需求，其性能也不斷提高。其中開關(guān)柜、變壓器和終端等設(shè)備是一個重要組成部分。為保證供電安全、穩(wěn)定，有必要對開關(guān)柜、變壓器等重要部分進(jìn)行測溫。

四、智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜無線測溫應(yīng)用技術(shù)研究

1 、智能化變電站在線測溫影響因素

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、高壓開關(guān)柜及母線的溫度。（1）主變壓器。其主要功能是將電能傳輸?shù)讲煌妷旱燃墶τ诖笮碗娏ο到y(tǒng)而言一般都設(shè)置專門配電室來負(fù)責(zé)對電網(wǎng)進(jìn)行升壓和降負(fù)荷。而小型發(fā)電廠則通常也需要配置專用

設(shè)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(yīng)數(shù)量不一樣類型的測溫模塊可以有效地提高測量精度與可靠性。（2）母線。母線上的電壓、電流等參數(shù)都會對變電站中測溫模塊產(chǎn)生影響，其中，主變壓器是主要設(shè)備之一。而母線則在整個系統(tǒng)中是部分。（3）電纜導(dǎo)體。其不僅能將電能通過時效性較差地區(qū)配電線送至用戶或者直接傳輸?shù)酵ㄐ沤K端或進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送電力信號等功能外還能夠?qū)崿F(xiàn)信息交換和數(shù)據(jù)共享等作用。因此我們可以認(rèn)為智能化變電站中測溫模塊、控制與保護(hù)都需要有相應(yīng)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(yīng)技術(shù)支持，同時還應(yīng)該具有良好耐壓性、抗震性能等。

2 、智能化變電站無線測溫原理

（1）高壓開關(guān)柜無線溫度傳感器的工作原理：基于無線測溫技術(shù)的高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)首先通過無線溫度傳感器感測設(shè)備表面溫度，然后通過電磁波將溫度信號傳輸至無線溫度監(jiān)測儀，再通過網(wǎng)絡(luò)將無線溫度監(jiān)測儀連接至中心監(jiān)測計算機(jī)來實(shí)現(xiàn)無線測溫。

（2）無線溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的高壓設(shè)備溫度測量技術(shù)相比，無線溫度傳感器具有如下的優(yōu)勢。

安全性高：它通過采用先進(jìn)的數(shù)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、磁場的干擾。

可靠性高：通過采用先進(jìn)的擴(kuò)頻通訊、數(shù)據(jù)糾錯、自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)，有效地保證了數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)目煽啃浴Ａ硗?，無線射頻傳感技術(shù)不受震動以及外界灰塵的影響，測溫精度高。

智能化水平高：在常規(guī)模式下，溫度值以分鐘間隔進(jìn)行采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致溫度升高到報警閾值或溫度升速增快時，溫度測量節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入快速反應(yīng)狀態(tài)，持續(xù)以秒為間隔密集采集溫度并傳輸報警，從而避免錯過任何可能的溫升事故。

（3）安裝方便：無線溫度傳感器體積小、沒有接線，可以很方便地安裝在開關(guān)觸頭、電纜接頭等安裝空間狹小的被測點(diǎn)上。

（4）免調(diào)試：通電即可使用，無需調(diào)試，特別適合停電時間短、安裝工期緊的改造項目。

五、智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜無線測溫應(yīng)用

1、高壓開關(guān)柜在線測溫方法分析

（1）蠟片測溫法

石蠟片的顏色會隨溫度的變化而變化，因此，可利用石蠟片來測量高壓開關(guān)柜的溫度。具體方法是，將石蠟片粘貼于設(shè)備連接部位，根據(jù)其顏色來判斷被測溫度，這種方法由于原理簡單、成本低廉而獲得廣泛應(yīng)用。但其需要憑個人經(jīng)驗(yàn)來判斷溫度，因而準(zhǔn)確率和可靠性比較低，另外也不能進(jìn)行定量測量和實(shí)時在線監(jiān)測。而且，對高壓開關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭等易發(fā)熱部位因?yàn)樵谶\(yùn)行時幾乎看不見而無法測量。

（2）熱紅外測溫技術(shù)

基于熱紅外的高壓開關(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(yīng)設(shè)備進(jìn)行非接觸式測溫。其優(yōu)點(diǎn)是測量范圍大，準(zhǔn)確度較高，可靠性較好，但是設(shè)備儀器昂貴，且需大量人力進(jìn)行定期巡測，無法實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時在線監(jiān)測。

另外，由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部件處于高電壓、強(qiáng)磁場及密閉的運(yùn)行環(huán)境中，測溫石蠟片、熱紅外測溫等常規(guī)的測溫方式已無法實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)部件溫度測量。目前，基于無線溫度傳感技術(shù)的高壓供電設(shè)備溫度實(shí)時監(jiān)測是克服上述問題的一個比較理想的解決方案。

圖2　開關(guān)柜無線測溫

2、高壓柜內(nèi)靜觸頭和高壓斷路器動觸頭測溫

在高壓電氣設(shè)備中，靜觸頭和斷路器的主要作用是實(shí)現(xiàn)分、合，閘。因此為了保證高壓用電設(shè)備可靠工作就對其進(jìn)行測溫。隨著電力電子技術(shù)不斷發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬泛到各行各業(yè)之中后被廣泛采用，而電子設(shè)備所需承受電壓升高量也在成倍增長著且要求電氣

設(shè)備能夠絕緣正常的使用壽命才能讓它安全、高效運(yùn)行使用，所以高壓開關(guān)柜上的靜觸頭和斷路器在結(jié)構(gòu)、尺寸及保護(hù)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　高壓斷路器動觸頭、母排無線溫度傳感器

六、安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1、概述

電氣接點(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

2、應(yīng)用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4、系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點(diǎn)的實(shí)時值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

1. 運(yùn)行報表：查詢及打印各測溫點(diǎn)時間的溫度數(shù)據(jù)。

1. 實(shí)時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)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。

1. 歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

5、系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)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(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

七、結(jié)語

綜上所述，主要研究了變電站10kV高壓開關(guān)柜無線測溫的技術(shù)。通過對智能化變電站系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，分析了影響其溫度變化原因，闡述了無線測溫的重要性，并列舉了無線測溫技術(shù)在智能變電站中的實(shí)際應(yīng)用。相信無線測溫技術(shù)在未來得到更廣泛應(yīng)用。

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