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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行的一個重要部分為高壓開關(guān)柜。高壓開關(guān)柜的運行狀態(tài)非常關(guān)鍵,，因為整體溫度太高會逐漸損耗其電氣設(shè)備,。分析10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù),，闡述10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的設(shè)計,、技術(shù)特點及工作原理,，總結(jié)了無線測溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用,。

關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備,；高壓開關(guān)柜；無線測溫技術(shù)

 

1,、整體設(shè)計

        本文選擇KYN型開關(guān)柜作為研究對象，而K,、Y,、N分別是鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備、移動式結(jié)構(gòu)以及戶內(nèi)裝置,。根據(jù)10kV高壓開關(guān)柜的安全運行需求,，10kV高壓開關(guān)柜的整體設(shè)計要從體積、絕緣性能,、成本以及可靠性等方面給予考慮,。針對系統(tǒng)的設(shè)計分析，主要由3部分組成,，即高壓測發(fā)射端,、低壓側(cè)接收端以及上位機數(shù)據(jù)處理控制。這一設(shè)計考慮到KYN型開關(guān)柜所具備的6個梅花觸頭,，并提供了470MHz無線數(shù)據(jù)傳輸通道,。由于選取了CT互感器作為高壓側(cè)電源，ATE400溫度傳感器測量觸頭溫度,，系統(tǒng)由此能夠準(zhǔn)確反映觸頭溫度變化,。

 

2、溫度傳感器的選擇

        一般工業(yè)場所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器,、熱電阻溫度傳感器,、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個傳感器可以發(fā)現(xiàn),，每一個傳感器自身都有明確的溫度測量范圍,。明確的溫度測量范圍值，可以認(rèn)知其傳感器的適應(yīng)溫度環(huán)境的變化程度,。結(jié)合設(shè)計成本和難度,，大多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)都會選擇應(yīng)用ATE400溫度傳感器。究其原因,，主要是其ATE400溫度傳感器的價格比較實惠,，同時具備高精度測量,、簡便的測溫路線以及使用拓展性方便的優(yōu)勢。

 

3,、高,、低壓側(cè)信號傳輸方式選擇

        無線信號傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)設(shè)計的良好程度。無線信號傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù),、紅外技術(shù)等,。但是，由于不同技術(shù)的抗干擾性以及功耗有所不同,，因此10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)在無線信號傳輸方式上主要選擇藍(lán)牙技術(shù),。

 

4、高壓側(cè)供電方式選擇

        供電電源間的高壓側(cè)電路需要滿足不間斷供電,、抗干擾能力強以及高穩(wěn)定輸出等要求,。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電,、CT互感器電源供電以及電池供電等,。但是,，10kV高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)主要應(yīng)用了CT互感器電源供電方式,，因為CT互感器電源供電更能滿足高壓側(cè)電路多種需求點，同時具備結(jié)構(gòu)安全,、應(yīng)用成熟以及使用環(huán)境優(yōu)良的優(yōu)勢,。

 

 

1,、無線測溫原理

        結(jié)合不同的溫度傳感元件進(jìn)行測溫就是無線測溫原理,，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測溫傳感器,、半導(dǎo)體傳感器,、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

 

2,、熱敏電阻溫度傳感器

        針對不斷變化的溫度,，它的阻值也呈現(xiàn)出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理,。反過來,，可以結(jié)合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優(yōu)勢也由此顯現(xiàn),，即具備較高的靈敏度,，劣勢即熱敏電阻值與溫度的線性關(guān)系變差，進(jìn)一步導(dǎo)致元件被老化,，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限,，還會隨著長時間的使用使其溫度測定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性變差,。

 

3、紅外測溫度傳感器

        黑體輻射定律就是紅外測溫度傳感器應(yīng)用原理,，即任意一個物體只要高于0P,就會不自覺地發(fā)射出紅外線,。它的特點就是應(yīng)用非接觸式的測量，所以測量探頭以及被測物體不需要進(jìn)行遮擋,，也不用做出多種絕緣處理,。但是，紅外測溫度傳感器非常容易受到溫度,、濕

度以及輻射等因素的影響,，導(dǎo)致測溫精度出現(xiàn)偏差。

 

4,、半導(dǎo)體傳感器

        PN作為一個測溫元件,，它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發(fā)生變化。通過加強恒定電流的方式,，結(jié)合運行狀態(tài)中電流的大小,，測定其高壓開關(guān)柜的溫度。雖然這種方式測定的溫度準(zhǔn)確度高,，但是整體的靈敏度不如熱敏電阻,，因為其反應(yīng)的時間較長。然而,，半導(dǎo)體傳感器不易老化,，而且整體的使用年限較高，因此具有較高的可靠性,。

 

5,、聲表面溫度傳感器

        聲表面溫度傳感器測溫方式非常特殊，即為無源測量,，可以借助無線傳輸測量高壓開關(guān)柜的具體溫度,。整體優(yōu)勢是體積小，不用結(jié)合電源,，但是整體的傳輸距離短,，且整個傳輸過程不能有障礙物，否則易發(fā)生位移和震動的情況,，非常容易產(chǎn)生聲表面相位變化,，影響其測溫值的準(zhǔn)確性。

 

6,、無源無線溫度傳感器

        應(yīng)用能量收集方式進(jìn)行能量的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能量需求,，即可以充分摒棄傳統(tǒng)電池和CT取電的方式。整個無源無線溫度傳感器安全可靠性較高,。整個能量收集技術(shù)沒有污染,，還有可循環(huán),、低能耗的優(yōu)點。因此,，未來的無線測溫系統(tǒng)的發(fā)展大多會建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)上,，并呈現(xiàn)出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。

 

1,、安全性

        獨立式的電位絕緣安裝的無線測溫系統(tǒng)，是可以大范圍規(guī)避其爬電帶來的不良影響的系統(tǒng),，還能有效提升電氣設(shè)備的安全性能,。因此，整個無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)為較高的安全性,。

 

2,、準(zhǔn)確性

        無線測溫系統(tǒng)應(yīng)用的器件大多數(shù)為高精度數(shù)字傳感器，可以充分肯定測溫方式多為接觸式,。整個傳感器的位置非常接近發(fā)熱點,，可以實現(xiàn)快速測定溫度點的溫度變化的目標(biāo)，顯示出無線測溫系統(tǒng)的整體測量準(zhǔn)確性,。

 

3,、靈活性

        由于無線測溫器件本身體積較小，所以整個器件安裝過程非常便捷,，整個組網(wǎng)也非常靈活,，即可以應(yīng)用無線或者有線的網(wǎng)絡(luò)連線方式。器件的體積小還能方便多個監(jiān)控點的安裝,，得到的測量數(shù)據(jù)。

 

4,、易用性

        無線測溫系統(tǒng)的整個操作平臺主要是應(yīng)用模塊化設(shè)計,，因此會更加便捷性地鏈接其網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到自動化控制系統(tǒng),，且整體的使用性能也更加方便,。

 

5、功耗低

        低功耗的設(shè)計理念應(yīng)用于無線測溫,，可以達(dá)成正常測溫的目的,，同時提升無線測溫傳感器的使用年限。

 

        現(xiàn)階段,，我國多個企業(yè)公司的科研院校以及部門都已經(jīng)研制出多個不同類型的10kV高壓開關(guān)柜無線溫度在線檢測測量系統(tǒng)。比如,，某一公司早已研制出一種特殊裝置,，從正常層面上認(rèn)知其裝置是一種非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng),，主要的監(jiān)測功能是進(jìn)行配電開關(guān)柜中一個特定部位溫度連續(xù)性的監(jiān)控，且這個監(jiān)測部位是整個10kV高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵部位,。監(jiān)測其部位的目的是得到準(zhǔn)確度較高的運行工作狀態(tài)以及溫度,，同時其非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)還監(jiān)測斷路器的工作狀態(tài)。整個非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件,。石英晶體聲表面波元件應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)中,，主要作為溫度敏感元件。該溫度敏感元件會直接粘貼在待測的位置點,。由溫度敏感元件組成的10kV高壓開關(guān)柜會組成振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號,。10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應(yīng)用其中，能充分滿足系統(tǒng)并發(fā)揮其自身數(shù)字化特點,，進(jìn)一步抑制強電場的干擾性,，達(dá)到過熱警報的目的。此外,，監(jiān)控設(shè)備還可以借助微機聯(lián)網(wǎng)方式,，得到的集中式監(jiān)測。

 

        實際應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜中的無線測溫系統(tǒng)的優(yōu)勢非常明顯,，即性能可靠,、結(jié)構(gòu)簡單、體積小,、便捷安裝和操作,。因此，多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜都會應(yīng)用無線測溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測溫,。同時,，整個無線測溫系統(tǒng)的價格并不高，是人們可接受的系統(tǒng)價格范圍,。小巧結(jié)構(gòu)設(shè)計的無線測溫模塊便于變動其開關(guān)柜,，即進(jìn)行開關(guān)柜配套時，即使原柜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變動,，也能進(jìn)行快速安裝工作,。只要對應(yīng)開關(guān)柜配件，再打上相應(yīng)的安裝孔,，就能實現(xiàn)快速安裝,。整個安裝過程不會影響原有的開關(guān)柜的無線測溫系統(tǒng)性能，尤其是針對開關(guān)柜的絕緣性能,，安裝過程中絕緣性能非常好,。智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)是一個龐大且繁雜的系統(tǒng)工程，經(jīng)過不斷發(fā)展系統(tǒng)工程，明確系統(tǒng)工程作為電力公司以及全社會改革與創(chuàng)新的前提,，能不斷推動我國智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程,。國家早在2006年就發(fā)布了多個系統(tǒng)電力設(shè)備安全使用的重要文件，明確認(rèn)知其國家優(yōu)先發(fā)展以及實施的主體是智能電網(wǎng)安全保障,。我國當(dāng)前處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長時期,，國家電網(wǎng)的電力供電量已經(jīng)不能滿足居民的日常生活和社會生產(chǎn)需求。因此,，國家要加大電網(wǎng)的供電量,，但這樣會導(dǎo)致電網(wǎng)電器設(shè)備出現(xiàn)隱患，尤其是對于智能電網(wǎng)末端的10kV高壓開關(guān)柜,。因此,，只有確保高壓開關(guān)柜的安全，才能進(jìn)一步促進(jìn)電網(wǎng)溫度監(jiān)測效果,。

 

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RS485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：

1）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)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線,。

 

 

3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù),。

4）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。

5）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,。

        就10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)進(jìn)行深度分析，結(jié)合實際的10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)特點和實際應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r,，達(dá)成保障智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行,，推動10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

 

［1］崔金奇．10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)分析[J]．通信電源技術(shù),2020,037(005):45-46

［2］陳秋佳．高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計與運用分析[J]．科技資訊,2018,016(004):6769

［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022年05版