簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要：作為保證系統安全運行的重要設備的高壓開關柜裝置,其內部導電連接處過熱會導致電氣設備的損壞,更嚴重的是可能還會發生火災等嚴重事故。因此,電力系統中電器設備安全運行的一個重要課題就是對高壓開關柜實施在線監測。本文主要研究的是針對高壓開關柜接點的無線測溫技術,闡述了高壓開關柜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,可以在高壓開關柜中廣泛應用。同時介紹了在某風電場項目應用操控及無線測溫技術，并實現及時告警避免了嚴重事故的發生。

關鍵詞：無線測溫系統；高壓電氣設備；溫度傳感器；無線溫度檢測器

1概述

   我國電力系統的大規模發展，增加了高壓開關柜的運行壓力，隨著電網的改革與建設，高壓開關柜的數量越來越多，增加了故障的發生機率。高壓開關柜內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感器進行溫度測量。

   溫度測量技術的選用：傳統的測溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫，溫度傳感器與測溫儀之間采用金屬導線傳輸溫度信號。電氣設備測溫檢測，由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點/觸點上，其信號傳輸金屬導線的絕緣性能無法保證。 同時，對于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，易于安裝，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開關柜溫升原因分析

   目前，電力系統內部使用的開關柜，都要通過型式試驗對入網的開關柜進行處理，在溫升方面，要求比較嚴格。根據相關理論進行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負荷不會達到開關柜的設計滿容量，更不會引發開關柜的溫升問題。但是，實際情況并非如此。根據實際運行經驗可知，隨著負荷的不斷增加，使得開關柜的溫升迅速增加。當負荷超過開關額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，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，與試驗室測出的溫升數據相比，開關柜實際溫升水平普遍比較高，并且多數情況下，當溫升超標時，開關柜甚至遠沒有達到設計滿容量。對于高壓開關柜來說，開關觸頭、母排連接點的實際溫升，通常情況下總是高于試驗數據，其原因主要表現為：

   1.在試驗室完成型式試驗，測得相應的數據，在持續時間方面，雖然達到了穩定溫升所需要的試驗時間，但現場環境復雜，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并持續發熱的設備。

   2.不同金屬在膨脹效應方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質、鋁質母線的金屬膨脹系數小得多，對于螺栓型設備接頭來說表現得尤為突出，在實際運行過程中，隨著負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與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制約，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，由于接觸面氧化膜的覆蓋，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。對于導體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認為螺栓擰得越緊越好，實際并非如此。由于鋁質母線的彈性系數較小，當螺母壓力達到臨界值時，如果材料強度比較差，當繼續增加壓力時，將會導致接觸面變形隆起，使得接觸面積進一步減少，使接觸電阻變大，進而影響導體的接觸效果。

   4.由于導體原材料純度不夠，造成導體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，對母線接觸表面處理不到位、不夠平整，進而減少有效接觸面積，使接觸電阻變大而產生發熱。

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

3無線測溫系統的技術優勢及適用范圍

   無線測溫系統的通信頻段一般設置為2.3~2 .5GHz，處于高頻波段，抗干擾能力強。通信技術選擇ZigBee技術，適用于短距離通信，使用復雜度較低，具有低功耗、低成本的優點，實時處理能力強。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體積較小，便于安裝和使用，內部采用鋰電池供電，使用壽命長。傳感器使用二進制編碼，處理分析方便。

   溫度傳感器在使用時應用無線傳輸技術，不需外接數據線，系統安全性能高，漏電風險小。由于溫度傳感器在信息傳輸時不需要使用外部數據線， 因此不會受到溫度、濕度、灰塵、振動等的影響，數據傳輸穩定性高，抗干擾能力強。溫度傳感器與計算機連接并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。與傳統的紅外測溫傳感器相比，本研究提出的無線測溫系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。目前研制的無線測溫系統工作范圍為35kV以下高壓開關、繼電器以及多種接觸點，地下電纜的檢測電壓為 110 kV，在使用時要注意工作電壓的限制。

4安科瑞溫度在線監測系統

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。

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。

3系統結構

溫度在線監測系統結構圖 

4.系統功能 

實時監測

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據，及有關故障、告警等信號。

詳細溫度查詢

   歷史溫度曲線、實時溫度曲線查詢、實時溫度數據查詢

實時報警

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

歷史事件查詢

   安科瑞 Acrel-2000T 無線測溫監控系統能夠對高溫告警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。可以按時間、類型和設備進行查詢和排序。

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。

顯示單元

6結語

   無線測溫系統由溫度傳感器、通信系統、顯示系統等組成，并通過數據線或者通信芯片與上級計算機連接，可以實現對多個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，保證生產設備的性能。無線傳輸技術無需使用外部電線，可以有效減少傳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。