10kV高壓開關(guān)柜電氣設(shè)備在無線測溫系統(tǒng)中的應(yīng)用

胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：本文結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)中封閉式 10kV 高壓開關(guān)柜的工程應(yīng)用需求，提出新型無源無線溫度傳感方法和開關(guān)柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，末尾結(jié)合變電站的掛網(wǎng)測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提高電網(wǎng)運行部門的設(shè)備巡檢自動化水平，加強電網(wǎng)設(shè)備的安全管控，同時具有廣泛的工程應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：無線測溫；在線監(jiān)測；開關(guān)柜；傳感器技術(shù)

一、引言

如今，對變電站設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測無法實現(xiàn)全自動化監(jiān)控，部分溫度監(jiān)測裝置十分落后，部分溫度監(jiān)測裝置是定制完成的，用途相對狹窄。另外，當(dāng)前并沒有對測溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范，通用性不強，要實現(xiàn)電器元件的替換難度較高。因此，為了實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測，就需要結(jié)合公司現(xiàn)有的電站設(shè)備，對變電站關(guān)鍵部位溫度監(jiān)測需求進行分析，研制出滿足變電站全自動化溫度監(jiān)測的系統(tǒng)。

二、封閉高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)分析

變電站設(shè)備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設(shè)備對變電站關(guān)鍵部件的溫度進行實時監(jiān)測，以了解設(shè)備的溫度變化情況，并做好實時預(yù)警工作，以減少高壓開關(guān)柜運行事故的發(fā)生。因此，實時在線測溫具有以下兩種功能：一是實時監(jiān)測溫度，了解設(shè)備運行狀態(tài)，并做好應(yīng)急處理，減少事故發(fā)生；二是實現(xiàn)無人化的 24 小時實時監(jiān)控，減少人力消耗，降低運行成本。高壓開關(guān)柜在測溫技術(shù)上具有一定的先進性，運行安全可靠。裝置需要在開關(guān)柜內(nèi)長期穩(wěn)定運行，對于系統(tǒng)和裝置都需要達(dá)到兼容性和經(jīng)濟性的要求，方便系統(tǒng)后期的拓展。以上幾方面的要求需要對測溫環(huán)境進行分析，對測溫方法及時進行對比分析，找到適合現(xiàn)場環(huán)境的測溫方法。

表 1 各種不同測溫方式比較表

表1可以看出，采用無源無線測溫技術(shù)，使 10kV 配網(wǎng)設(shè)備接點溫度能夠得到實時在線的監(jiān)測。采用無線傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓電子元器件的物理絕緣，有效避免電子元器件之間的光波產(chǎn)生。另外，無線傳感器的安裝十分便捷，無需通信電線，后期維護簡單。無源無線測溫方式彌補了其他傳感方式的缺陷，是電力系統(tǒng)溫度傳感技術(shù)上一個新的突破，具有很強的技術(shù)創(chuàng)新性。

所以，本系統(tǒng)擬定采用無源無線的聲表面波溫度傳感器，減少線路改裝，提升安裝和維護效率。

三、10kV 開關(guān)柜無源無線測溫系統(tǒng)框架分析

本系統(tǒng)擬定采用多變電站解決應(yīng)用，高壓設(shè)備無源無線溫度實時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)主要由采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用樹狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各級變電站的高壓室為第一層，在高壓室中的每個封閉式開關(guān)柜內(nèi)安裝無源無線溫度傳感采集設(shè)備，主要包含 6 個無源無線溫度傳感器（感溫裝置）和 1個無線測溫終端機（終端設(shè)備）。其中 6 個傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點位置，如出線接頭、梅花觸頭、進線接頭等，終端機安裝在開關(guān)柜內(nèi)的低壓室內(nèi)。變電站為第二層，在每個變電站設(shè)置 1 個無線測溫前置機，收集來自各采集終端機設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包通過 IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至巡檢中心。巡檢中心為第三層，每個巡檢中心需配置 1 臺監(jiān)控服務(wù)器，用來顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。如有需要，各巡檢中心還可將溫度信號發(fā)送至電力公司的主站服務(wù)器。系統(tǒng)的主站服務(wù)為第四層，可以為后臺服務(wù)人員提供準(zhǔn)確的溫度信息，方便及時作出安排處理。

鎧裝開關(guān)柜電氣設(shè)備無源無線測溫系統(tǒng)主要實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警和報警雙重設(shè)置，防范于未然，操作簡單合理，數(shù)據(jù)顯示豐富全面，其以下功能主要通過第三和第四層來實現(xiàn)：

（1）可以全天候監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度變化，及時作出缺陷判斷。

（2）可以保存電氣設(shè)備的歷史溫度值，方便后期對比和判斷。

（3）可以進行溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析并繪制圖表，方便查看。

（4）可以對溫度值進行高溫預(yù)警，防范監(jiān)測。

四、無源無線溫度監(jiān)測的應(yīng)用

1 、總體工程應(yīng)用思路

本文設(shè)計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關(guān)鍵設(shè)備上的溫度，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給系統(tǒng)的核心部件。將這些核心部件的溫度收集完成后，系統(tǒng)設(shè)定算法對溫度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并按照各個零部件預(yù)設(shè)的溫度設(shè)置實時報警等功能。系統(tǒng)將分析得出的相關(guān)結(jié)論傳遞給設(shè)備運維部門，設(shè)備運維部門將根據(jù)系統(tǒng)傳遞的結(jié)果進行綜合分析，并且制定設(shè)備運維管理措施，減少設(shè)備故障次數(shù)和時間，提高配電運行效率。。

2 、前期工程安裝

變電站總共有 8 個開關(guān)柜，本次設(shè)計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩部分，一部分為傳感器，每個開關(guān)柜設(shè)有 12 個溫控監(jiān)測點，合計 96 個溫度傳感器。另一部分為數(shù)據(jù)組網(wǎng)，溫度監(jiān)測裝置 16 臺、監(jiān)測主機 2 臺。將前期施工流程劃分為 7 個步驟，如表 2 所示，從施工前的碰頭會開始，到前期準(zhǔn)備工作、安裝、調(diào)試、測試、到竣工驗收，都有較為明確的施工標(biāo)準(zhǔn)，以確保無源無線溫度檢測系統(tǒng)安裝完成。

表 2 施工流程

五、效益分析

（1）無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用，可以對開關(guān)柜的溫度進行 7*24h 不間斷的實時監(jiān)測，及時發(fā)送準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，防止因為電氣設(shè)備溫度過高而造成電網(wǎng)故障。另外，該系統(tǒng)提供實時報警功能，可以實現(xiàn)防范于未然，避免不可預(yù)估的損失產(chǎn)生。

（2）無源無線測溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動檢修”改變成為“主動檢修”。可以為狀態(tài)檢修提供事前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，不斷提高電網(wǎng)的安全運行水平和供電可靠性。當(dāng)前供電公司已經(jīng)對部分變電站的開關(guān)柜進行溫度在線監(jiān)測，實現(xiàn)對“狀態(tài)檢修”提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。通過該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率，減少運維人員工作量，提升供電運行效率。

（3）本系統(tǒng)投入運行后，就可以不用安排檢修人員進行定期現(xiàn)場維護，并且能夠?qū)崟r了解設(shè)備運行溫度，發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預(yù)警，可以減少設(shè)備運行故障發(fā)生次數(shù)和時間，提高供電質(zhì)量，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益，也能夠保證用電企業(yè)的正常運轉(zhuǎn)。假設(shè)本系統(tǒng)投入使用后，每年減少 1 次停電檢修，檢修時間為 8h，出線間隔平均 300A 負(fù)荷電流（約 5MW），則本項目 8 個間隔，每年可以多供電8*5MW*8h=320MWh，以每 kWh 電量價值 0.6 元計算，則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約 19.2 萬元，剛才計算的僅僅是本系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟效益。在實際生活生產(chǎn)過程中，本系統(tǒng)還能夠減少停電次數(shù)，提高供電質(zhì)量，為供電企業(yè)贏得較好的口碑和效益。

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(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)備運行狀況，實現(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)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

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

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Z定時間的溫度數(shù)據(jù)。

實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，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。

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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，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)主機組成，實現(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

本文結(jié)合公司目前的電氣設(shè)備狀況，并且從開關(guān)柜測溫的傳感器技術(shù)、供能技術(shù)、通信技術(shù)等幾個角度進行分析，確定采用無源無線在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文主要從研究開關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，對測溫方式進行對比分析，制定符合高壓開關(guān)柜的測溫方式并進行現(xiàn)場安裝測試，實施效果良好。本文就目前的推廣度進行了分析，認(rèn)為通過系統(tǒng)的安全運行可以帶來一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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