安科瑞 繆凱倫
摘 要：作為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備的高壓開關(guān)柜裝置,其內(nèi)部導(dǎo)電連接處過熱會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞,更嚴(yán)重的是可能還會(huì)發(fā)生火災(zāi)等嚴(yán)重事故,。因此,電力系統(tǒng)中電器設(shè)備安全運(yùn)行的一個(gè)重要課題就是對(duì)高壓開關(guān)柜實(shí)施在線監(jiān)測(cè),。本文主要研究的是針對(duì)高壓開關(guān)柜接點(diǎn)的無線測(cè)溫技術(shù),闡述了高壓開關(guān)柜在無線測(cè)溫的技術(shù)特點(diǎn)及工作原理,，具有測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,、可靠性高,、絕緣性能好的特點(diǎn),能很好的適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需求,可以在高壓開關(guān)柜中廣泛應(yīng)用,。同時(shí)介紹了在某風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目應(yīng)用操控及無線測(cè)溫技術(shù),，并實(shí)現(xiàn)及時(shí)告警避免了嚴(yán)重事故的發(fā)生,。
關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；電氣接點(diǎn),；無線測(cè)溫
1 概述
我國(guó)電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展,，增加了高壓開關(guān)柜的運(yùn)行壓力，隨著電網(wǎng)的改革與建設(shè),，高壓開關(guān)柜的數(shù)量越來越多,，增加了故障的發(fā)生機(jī)率。高壓開關(guān)柜內(nèi)存在的電氣連接點(diǎn)主要包括母線銅排連接點(diǎn),，手車動(dòng)靜觸頭連接點(diǎn)以及銅排和電纜連接點(diǎn),，在這些點(diǎn)位需安裝溫度傳感器進(jìn)行溫度測(cè)量。
溫度測(cè)量技術(shù)的選用：傳統(tǒng)的測(cè)溫方法包括通過熱電偶,、熱電阻,、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫，溫度傳感器與測(cè)溫儀之間采用金屬導(dǎo)線傳輸溫度信號(hào),。電氣設(shè)備測(cè)溫檢測(cè),，由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點(diǎn)/觸點(diǎn)上，其信號(hào)傳輸金屬導(dǎo)線的絕緣性能無法保證,。 同時(shí)，對(duì)于改造類項(xiàng)目實(shí)施難度較大,，因此推薦采用無線測(cè)溫方法進(jìn)行檢測(cè),。目前無線測(cè)溫方法包括電磁感應(yīng)供電無線測(cè)溫、電池供電無線測(cè)溫方式及紅外在線測(cè)溫方式,。紅外測(cè)溫需要鏡頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)熱點(diǎn),，塵土震動(dòng)對(duì)其影響較大,；有源無源測(cè)溫較合適，無需布線,，易于安裝,，但有源測(cè)溫需要外供電池，受電池壽命影響,，需要更換,；電磁感應(yīng)供電無線測(cè)溫具有測(cè)溫速度快、周期短,、免維護(hù),、使用壽命長(zhǎng)、故障率低等特點(diǎn),。
無線傳輸技術(shù)選用：無線通信是利用電磁波信號(hào)在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式,，其中應(yīng)用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信方式包括：Sub-1G技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth),、工業(yè)無線技術(shù)( WiFi),、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場(chǎng)通信技術(shù) (NFC),。藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無線傳輸技術(shù),，傳輸距離10m范圍以內(nèi)，至高傳輸速率約1 Mb / s,，其有效速率約為 723 kb / s,；超寬帶技術(shù) (UWB)傳輸速率一般結(jié)余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m；近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)適用于近距離貼近操作,。Sub-1G技術(shù)的主要特征包括：傳輸速率較低;通信距離較長(zhǎng),；設(shè)備功耗很低，發(fā)射輸出僅為10dBm,；通信組網(wǎng)簡(jiǎn)潔,。這些主要特征使Sub-1G 通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
2 產(chǎn)品方案
某風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的對(duì)傳感器要求如下：
1）非電池供電（采用感應(yīng)取電方式供電）的無線溫度傳感器
2）無線頻率：470MHz,；
3）啟動(dòng)電流：≥5A,；
4）測(cè)溫范圍：-50 ℃～+125 ℃；
5）采樣頻率：15s,；
6）發(fā)射頻率：15s,；
7）精度：±1℃；
8）工作溫度：-40 ℃～+85 ℃,；
9）至大工作電流：一次額定電流 5000 A,；
10）溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應(yīng)達(dá)到可能影響開關(guān)柜一次設(shè)備絕緣及被測(cè)點(diǎn)正常工作的溫度，裝置的電流互感器線圈通過1250 A,，30 min,，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，無線溫度傳感器表面溫升不應(yīng)超過10 K,。
11）傳輸距離：空曠距離不大于150米,。
該項(xiàng)目的對(duì)智能操控及無線測(cè)溫一體裝置要求如下：
1）一次動(dòng)態(tài)模擬圖，斷路器分合位置動(dòng)態(tài)顯示,；接地開關(guān)位置動(dòng)態(tài)顯示,；彈簧儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)顯示；
2）兩路溫濕度控制器功能,，通訊線長(zhǎng)4米6米,，液晶顯示；
3）語(yǔ)音防誤提示功能,，人體紅外感應(yīng)探頭,；
4）加熱器斷線報(bào)警；
5）柜內(nèi)照明操作,；
6）（除PT柜外）分合閘,、儲(chǔ)能、遠(yuǎn)方/就地開關(guān),；
7）高壓帶電顯示和閉鎖裝置,；
8）RS485通訊功能，Modbus 通訊協(xié)議,；
9）裝置工作電源應(yīng)滿足交直流通用,，支持AC/DC110、AC/DC220V自適應(yīng),；
10）高壓斷路器觸頭6點(diǎn)測(cè)溫
根據(jù)上述要求,，故此選擇安科瑞的無線測(cè)溫產(chǎn)品如下表。
3 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
某風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目,，對(duì)高壓柜開關(guān)柜進(jìn)行綜合監(jiān)控,，并對(duì)斷路器的觸頭進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過程中,，一臺(tái)高壓柜斷路器的下觸頭的C相電流溫度高達(dá)116.8℃,，智能操控裝置及時(shí)進(jìn)行了語(yǔ)音告警，并對(duì)該超溫告警進(jìn)行事件記錄,。同時(shí),，工作人員斷開高壓柜斷路器，推出動(dòng)觸頭后發(fā)現(xiàn)該相觸頭有損壞,，事故原因?yàn)閿嗦菲饔|頭接觸不良,。由于安科瑞的操控測(cè)溫裝置的及時(shí)告警,，幫助現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)排查問題避免了事故發(fā)生。
裝置告警界面圖
現(xiàn)場(chǎng)斷路器事故圖片
4 開關(guān)柜溫升原因分析
目前,，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，都要通過型式試驗(yàn)對(duì)入網(wǎng)的開關(guān)柜進(jìn)行處理,，在溫升方面,，要求比較嚴(yán)格。根據(jù)相關(guān)理論進(jìn)行分析可知,，在實(shí)際運(yùn)行過程中,，通常情況下，負(fù)荷不會(huì)達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量,，更不會(huì)引發(fā)開關(guān)柜的溫升問題,。但是，實(shí)際情況并非如此,。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知,，隨著負(fù)荷的不斷增加，使得開關(guān)柜的溫升迅速增加,。當(dāng)負(fù)荷超過開關(guān)額定電流的75%時(shí),，在這種情況下，溫升尤為明顯,，此時(shí)早已不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,。當(dāng)負(fù)荷比較低時(shí)，溫升現(xiàn)象不明顯,。在實(shí)際運(yùn)行中,，與試驗(yàn)室測(cè)出的溫升數(shù)據(jù)相比，開關(guān)柜實(shí)際溫升水平普遍比較高,，并且多數(shù)情況下,，當(dāng)溫升超標(biāo)時(shí)，開關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量,。對(duì)于高壓開關(guān)柜來說,，開關(guān)觸頭、母排連接點(diǎn)的實(shí)際溫升,，通常情況下總是高于試驗(yàn)數(shù)據(jù),，其原因主要表現(xiàn)為：
1. 在試驗(yàn)室完成型式試驗(yàn)，測(cè)得相應(yīng)的數(shù)據(jù),，在持續(xù)時(shí)間方面,，雖然達(dá)到了穩(wěn)定溫升所需要的試驗(yàn)時(shí)間，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,，加上試驗(yàn)過程中,，不具備溫升累積效應(yīng)，不能等同現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。
2. 不同金屬在膨脹效應(yīng)方面存在差異,。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì),、鋁質(zhì)母線的金屬膨脹系數(shù)小得多，對(duì)于螺栓型設(shè)備接頭來說表現(xiàn)得尤為突出,，在實(shí)際運(yùn)行過程中,，隨著負(fù)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(yīng)力作用的影響和制約,，導(dǎo)致金屬緩慢發(fā)生塑性變形,。實(shí)踐證明，當(dāng)接頭處的運(yùn)行溫度超過80℃時(shí),，因過熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹,，同時(shí)受各種因素的影響，進(jìn)一步產(chǎn)生微小的空隙,，早成氧化腐蝕,。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時(shí)，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(huán)都會(huì)使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán),。
3. 連接部位緊固螺栓壓力不合理,。對(duì)于導(dǎo)體連接，在部分安裝,、檢修人員意識(shí)中,，在擰緊連接螺栓的過程中，認(rèn)為螺栓擰得越緊越好,，實(shí)際并非如此,。由于鋁質(zhì)母線的彈性系數(shù)較小，當(dāng)螺母壓力達(dá)到臨界值時(shí),，如果材料強(qiáng)度比較差,，當(dāng)繼續(xù)增加壓力時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致接觸面變形隆起,，使得接觸面積進(jìn)一步減少,，使接觸電阻變大,，進(jìn)而影響導(dǎo)體的接觸效果。
4. 由于導(dǎo)體原材料純度不夠,，造成導(dǎo)體材料電導(dǎo)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(duì)母線接觸表面處理不到位,、不夠平整，進(jìn)而減少有效接觸面積,，使接觸電阻變大而產(chǎn)生發(fā)熱,。
以上的情況都會(huì)造成高壓開關(guān)柜的溫升異常，所以加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行開關(guān)設(shè)備溫升的監(jiān)視,，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施就變得非常必要,。
5 結(jié)束語(yǔ)
近幾年隨，著人們對(duì)供電質(zhì)量要求逐漸提高,，高壓開關(guān)柜作為配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),，其本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性也受到了人們的重視,。本文介紹的安科瑞無線測(cè)溫產(chǎn)品針對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)重要電氣節(jié)點(diǎn)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),，防止在運(yùn)行過程中因設(shè)備受環(huán)境污染，設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行,，嚴(yán)重超載運(yùn)行,，觸點(diǎn)氧化，接觸不良等原因造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為隱患,，提升設(shè)備安全保障,。安科瑞智能操控區(qū)別于由幾個(gè)獨(dú)立的電子裝置分別實(shí)現(xiàn)帶來的集成度低，配線復(fù)雜,，可靠性差的缺點(diǎn),，實(shí)現(xiàn)大大提高開關(guān)柜操控的集成度和智能化程度，對(duì)溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè),，通過溫升,、突變、高溫和超溫等告警機(jī)制及時(shí),、持續(xù),、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免安全事故的發(fā)生,，降低設(shè)備事故率,。
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