淺談10kV高壓開關(guān)設(shè)備在線測(cè)溫的研究與應(yīng)用

摘要：隨著人們生產(chǎn)生活過(guò)程中用電需求的不斷增加，高壓電力的供應(yīng)逐漸得到了普及和發(fā)展，而高壓開關(guān)設(shè)備作為高壓供電系統(tǒng)中的重要組成部分及關(guān)鍵性保護(hù)設(shè)備，對(duì)于保障整個(gè)高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行具有重要意義。而10kv高壓開關(guān)設(shè)備作為常見(jiàn)的種高壓開關(guān)設(shè)備，在我的電力系統(tǒng)中得到了十分廣泛的使用，其使用過(guò)程中故障的出現(xiàn)往往會(huì)造成大范圍、深程度的負(fù)面影響。而經(jīng)過(guò)研究分析，高壓開關(guān)設(shè)備的接頭發(fā)熱是導(dǎo)致10kv高壓開關(guān)設(shè)備故障出現(xiàn)的主要原因，因而化對(duì)10kv高壓開關(guān)設(shè)備的在線測(cè)溫工作，對(duì)于提高電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)；在線測(cè)溫；方案要求；具體類別

0 引言

就應(yīng)用領(lǐng)域而言，10kv高壓開關(guān)設(shè)備在我變電站及發(fā)電廠等電力供應(yīng)系統(tǒng)中的重要組成部分得到了十分廣泛的使用，并在保障電網(wǎng)安全方面發(fā)揮了十分重要的作用。這是由于10kv高壓開關(guān)設(shè)備在方面能夠準(zhǔn)確控制分線路的投入運(yùn)行及關(guān)閉，在另方面又能及時(shí)地將故障線路從整體線路中切除，對(duì)于維持電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)及保障其安全具有突出的意義。因而對(duì)其進(jìn)行在線測(cè)溫，及時(shí)排除接頭發(fā)熱引起的故障，能夠有效地減少電力系統(tǒng)的故障。

1 10kV高壓開關(guān)設(shè)備在線測(cè)溫概述

在我傳統(tǒng)的高壓供電系統(tǒng)中，也開展了對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備溫度的測(cè)算工作，但由于相關(guān)技術(shù)的不發(fā)達(dá)，采用的是用測(cè)溫儀器直接接觸高壓開關(guān)設(shè)備的方式進(jìn)行溫度測(cè)量的方式，這種方式所得到的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)及時(shí)性較差，且準(zhǔn)確性較低，因而對(duì)于檢測(cè)排除接頭發(fā)熱故障所起到的參考作用有限。而在線測(cè)溫技術(shù)作為種利用有線及無(wú)線技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測(cè)量的測(cè)溫技術(shù)，不僅能夠有效地防止高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)部強(qiáng)大的電磁波干擾，而且能夠?qū)囟冗M(jìn)行及時(shí)的反饋，參考意義較大。再加之隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓開關(guān)設(shè)備的在線測(cè)溫技術(shù)也逐漸實(shí)現(xiàn)了信息化及智能化，測(cè)量偏差日益縮小，及時(shí)性大大提高，很大程度上促進(jìn)了我電力系統(tǒng)安全管理效益。

2 10kV高壓開關(guān)設(shè)備在線測(cè)溫的相關(guān)要求

（1）測(cè)溫儀器應(yīng)當(dāng)具備高壓絕緣性能

由于10kv高壓開關(guān)設(shè)備的在線測(cè)溫工作要同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量及溫度的反饋功能，因而且必然由溫度測(cè)量?jī)x器及溫度接受儀器兩個(gè)部分組成。而由于溫度測(cè)量?jī)x器般需要直接與10kv高壓的開關(guān)設(shè)備進(jìn)行直接連接，而溫度接受儀器需要由人工直接接觸并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。因此在進(jìn)行測(cè)溫儀器的安裝的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保障儀器整體的絕緣性能，對(duì)測(cè)量?jī)x器及接收儀器之間進(jìn)行隔斷處理，保障測(cè)溫工作的安全性。

（2）測(cè)溫過(guò)程不能影響開關(guān)設(shè)備功能

10kv高壓開關(guān)設(shè)備般具有較為復(fù)雜的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，由較多的元件組合而成。不同的元件只有維持在恰當(dāng)?shù)奈恢貌拍鼙Ｕ险麄€(gè)開關(guān)設(shè)備功能的充分發(fā)揮。而基于上文所述內(nèi)容可知，在開展在線測(cè)溫工作的過(guò)程中要對(duì)測(cè)量?jī)x器及接收儀器進(jìn)行阻斷處理，而這工作的開展很容易對(duì)高壓開關(guān)設(shè)備中的元件造成影響，從而妨礙開關(guān)設(shè)備正常功能的實(shí)現(xiàn)，因此在測(cè)溫過(guò)程中須注意不可移動(dòng)開關(guān)設(shè)備元件，不可影響其功能。

（3）測(cè)溫儀器應(yīng)當(dāng)能夠適應(yīng)運(yùn)行環(huán)境

在般情況下，10kv高壓開關(guān)設(shè)備都被安置在封閉的開關(guān)柜當(dāng)中，其所處的環(huán)境溫度較高、通風(fēng)性能較差，且具有較強(qiáng)的電流及電磁波干擾。因而為了保障在線測(cè)溫儀器測(cè)溫功能的穩(wěn)定發(fā)揮，在進(jìn)行測(cè)溫儀器的選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)其耐熱性及抗電流及電磁波干擾性等性能進(jìn)行檢測(cè)，由此以避免由于高壓開關(guān)設(shè)備所處環(huán)境所帶來(lái)的不良影響制約在線測(cè)溫效果的發(fā)揮。

3 10kv高壓開關(guān)設(shè)備在線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

（1）在線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理分析

就在線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行原理而言，其主要利用的是10kv高壓開關(guān)設(shè)備在運(yùn)行使用的過(guò)程中會(huì)散發(fā)溫度并發(fā)出定的信號(hào)，通過(guò)溫度測(cè)量?jī)x器對(duì)設(shè)備的溫度進(jìn)行測(cè)量則可以得出相關(guān)溫度數(shù)據(jù)的原理。并在此基礎(chǔ)上將溫度測(cè)量?jī)x器與相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行連接，使得溫度測(cè)量?jī)x器所測(cè)量出的溫度能夠?qū)崟r(shí)地通過(guò)有線或者無(wú)線的方式反饋給高壓開關(guān)設(shè)備的相關(guān)管理人員，以為高壓開關(guān)設(shè)備的管理提供參考依據(jù)。

（2）在線測(cè)溫系統(tǒng)大致設(shè)計(jì)方案

就在線測(cè)溫系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，需要配備溫度傳感器、多路開關(guān)及溫度接收器等部件，并將溫度傳感器置于整個(gè)系統(tǒng)的底部，與高壓開關(guān)設(shè)備中故障多發(fā)部位的耦合器進(jìn)行相應(yīng)地連接。在此基礎(chǔ)上，再將溫度傳感器與多路開關(guān)進(jìn)行連接，并通過(guò)多路開關(guān)與溫度接收器進(jìn)行連接，繼而通過(guò)溫度接收器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的傳遞。需要注意的是，在整個(gè)安裝連接的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)做好絕緣處理，防止安全問(wèn)題的發(fā)生。

4 10kv高壓開關(guān)設(shè)備在線測(cè)溫技術(shù)的具體類別

（1）光纖光柵測(cè)溫技術(shù)

這是種基于光纖傳感技術(shù)進(jìn)行溫度測(cè)控的在線測(cè)溫技術(shù)，其可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器及接收器之間的靈活互通，且測(cè)溫系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定，維護(hù)也較為簡(jiǎn)單。就其精度而言也具有相當(dāng)?shù)膭?shì)，光纖光柵測(cè)溫能夠?qū)y(cè)量精度精確到0.5攝氏度，能幫助工作人員準(zhǔn)確把握開關(guān)設(shè)備溫度情況。但在安裝的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意不能將傳感器安裝在母排上，否則旦對(duì)其進(jìn)行更換，就需要對(duì)整個(gè)母線系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

（2）無(wú)線測(cè)溫技術(shù)

與光纖光柵測(cè)溫技術(shù)相區(qū)別，無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的使用是以電子傳感技術(shù)為基礎(chǔ)而的。整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)主要通過(guò)電池進(jìn)行電力的供應(yīng)，且通過(guò)無(wú)線形式進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳播。就溫度測(cè)量精度而言，其較光纖光柵測(cè)溫技術(shù)較差，精度僅能達(dá)到1攝氏度，但其后期更換較為便利，無(wú)需影響整個(gè)母線系統(tǒng)。另外，還需注意的是，這種溫度測(cè)量?jī)x器的耐用性較低，且易受到開關(guān)柜中的電磁影響。

（3）紅外測(cè)溫技術(shù)

紅外測(cè)溫技術(shù)與無(wú)線測(cè)溫計(jì)數(shù)所依據(jù)的都是電子傳感技術(shù)，但與無(wú)心測(cè)溫技術(shù)不同的是，紅外測(cè)溫技術(shù)需要進(jìn)行電路連接處理，不能依靠電池供電。其精度與無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的精度相差不大，但在傳感器的互換性方面卻較曲線測(cè)溫技術(shù)較差。再則這種測(cè)溫儀器的使用同樣容易受到開關(guān)柜中電磁波的影響，且當(dāng)系統(tǒng)中任部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，也需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更換處理，因而其使用局限性較大。

5 安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的款無(wú)線測(cè)溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖1），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循際標(biāo)準(zhǔn)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(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)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(yùn)行報(bào)表

查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

■實(shí)時(shí)報(bào)警

壁掛式無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警.

C.短信吿警，可以向指D手機(jī)號(hào)M發(fā)送吿警信息短信（需選配短信M）.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

■定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的測(cè)點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁(yè)面通過(guò)次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測(cè)量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統(tǒng)計(jì)頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比，用電。

運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機(jī)APP（可選）

設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線測(cè)溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫方案由無(wú)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(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫結(jié)構(gòu)圖

5.3.1 安科瑞無(wú)線溫度傳感器

無(wú)線溫度傳感器共有5種，分別對(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)不同的變電站要求，可根據(jù)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(wú)線收發(fā)器

無(wú)線測(cè)溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)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(guò)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(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

6 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，在線測(cè)溫技術(shù)的不斷化對(duì)于保障10kv高壓開關(guān)設(shè)備的安全穩(wěn)定性具有重要意義，因而相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)這技術(shù)的研究及相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以期為更好地避免高壓開關(guān)設(shè)備的接頭發(fā)熱故障起到促進(jìn)作用，為保障我電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行貢獻(xiàn)份力量。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 朱黎.10kV高壓開關(guān)設(shè)備的在線測(cè)溫剖析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2018(34):166-167.

[2] 謝成炳.10KV高壓開關(guān)設(shè)備的在線測(cè)溫剖析.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.