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淺談10kV高壓開關柜電氣設備在線測溫系統(tǒng)的應用
摘要：本文結合電網系統(tǒng)中封閉式 10kV 高壓開關柜的工程應用需求，提出新型無源無線溫度傳感方法和開關柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術,，末尾結合變電站的掛網測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應用效果,。該系統(tǒng)的應用可有效提高電網運行部門的設備巡檢自動化水平,，加強電網設備的安全管控,，同時具有廣泛的工程應用前景,。
關鍵詞:無線測溫,；在線監(jiān)測,；開關柜；傳感器技術
一,、引言
如今,，對變電站設備關鍵部位的溫度監(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,，就需要結合公司現(xiàn)有的電站設備，對變電站關鍵部位溫度監(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、封閉高壓開關柜在線測溫技術分析
變電站設備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設備對變電站關鍵部件的溫度進行實時監(jiān)測,，以了解設備的溫度變化情況,，并做好實時預警工作，以減少高壓開關柜運行事故的發(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，了解設備運行狀態(tài),，并做好應急處理,，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。高壓開關柜在測溫技術上具有一定的先進性,，運行安全可靠,。裝置需要在開關柜內長期穩(wěn)定運行，對于系統(tǒng)和裝置都需要達到兼容性和經濟性的要求,，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
比較項目 | 各種不同測溫方式比較 | ||||
測溫 | 紅外 | 光纖光柵 | 有源無線測 | 無源無線 | |
采集方式 | 貼片化 | 紅外非 | 機械傳 | 電子傳 | 非接觸聲 |
高壓側取 | -- | -- | -- | 困難 | -- |
觀測局 | 只可 | 只可 | 受空間 | 無局限 | 無局限 |
溫度讀取 | 目測 | 紅外 | 光纖 | 無線 | 無線 |
在線監(jiān)測 | 否 | 否 | 是 | 是 | 是 |
智能報警 | 無 | 無 | 有 | 有 | 有,兩級 |
安裝難度 | 易 | -- | 難 | 易 | 易 |
維護難易 | 難 | -- | 較難 | 中等 | 簡易 |
安全程度 | 高 | 高 | 低 | 中等,存在 | 高 |
測溫精度 | 低 | 中 | 高 | 高 | 高 |
可靠性 | 低 | 中 | 中 | 中 | 高 |
表1可以看出，采用無源無線測溫技術,，使 10kV 配網設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實現(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)溫度傳感技術上一個新的突破,，具有很強的技術創(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用,，高壓設備無源無線溫度實時監(jiān)測和預警系統(tǒng)主要由采集設備和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用樹狀網絡架構,。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柜內安裝無源無線溫度傳感采集設備，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,，終端機安裝在開關柜內的低壓室內。變電站為第二層,，在每個變電站設置 1 個無線測溫前置機,，收集來自各采集終端機設備的數據，并將數據打包通過 IP 網絡發(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)控服務器，用來顯示并處理各變電站內高壓設備的溫度數據,。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器。系統(tǒng)的主站服務為第四層,，可以為后臺服務人員提供準確的溫度信息,，方便及時作出安排處理。
鎧裝開關柜電氣設備無源無線測溫系統(tǒng)主要實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)測,，能夠實現(xiàn)預警和報警雙重設置,，防范于未然，操作簡單合理,，數據顯示豐富全面,，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)測高壓開關柜的溫度變化，及時作出缺陷判斷,。
（2）可以保存電氣設備的歷史溫度值,，方便后期對比和判斷。
（3）可以進行溫度數據的統(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警，防范監(jiān)測,。
四,、無源無線溫度監(jiān)測的應用
1 ,、總體工程應用思路
本文設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關鍵設備上的溫度，并通過無線網絡傳遞給系統(tǒng)的核心部件,。將這些核心部件的溫度收集完成后,，系統(tǒng)設定算法對溫度數據進行統(tǒng)計分析，并按照各個零部件預設的溫度設置實時報警等功能,。系統(tǒng)將分析得出的相關結論傳遞給設備運維部門,，設備運維部門將根據系統(tǒng)傳遞的結果進行綜合分析，并且制定設備運維管理措施,，減少設備故障次數和時間,，提高配電運行效率。,。
2 ,、前期工程安裝
變電站總共有 8 個開關柜，本次設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩部分,，一部分為傳感器,，每個開關柜設有 12 個溫控監(jiān)測點，合計 96 個溫度傳感器,。另一部分為數據組網,，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,，到前期準備工作,、安裝、調試,、測試,、到竣工驗收，都有較為明確的施工標準,，以確保無源無線溫度檢測系統(tǒng)安裝完成,。
表 2 施工流程
步驟 | 內容 | 備注 |
第一步 | 組織施工人員，分配施工人員的工作,，技術交底,，明確具體的工作職責 | |
第二步 | 查看現(xiàn)場，了解柜體情況,，明確打孔位置及距離,，柜門及走線 | |
第三步 | 確定溫度傳感器的安裝位置。每相 4 個，斷路器兩側各 1 個,，線路側刀閘及出線電纜頭各 1 個 | 0kV 相間氣距離125mm |
第四步 | 安裝傳感器,。首先，用航空膠將傳感器殼體固定在母排上,。然后,，2 小時后用扎帶或者絕緣帶固定，防止脫落 | |
第五步 | 安裝完畢,，測試傳感器的溫度是否與實 時溫度一致 | |
第六步 | 布主纜,，將監(jiān)測主機電源線纜,，信號線纜串聯(lián)并到主纜 | |
第七步 | 測試分析儀軟件配置參數,，編寫組態(tài)軟件，系統(tǒng)整體調試,，試運行,，組織驗收 |
五、效益分析
（1）無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用,，可以對開關柜的溫度進行 7*24h 不間斷的實時監(jiān)測,，及時發(fā)送準確的監(jiān)測數據，防止因為電氣設備溫度過高而造成電網故障,。另外,，該系統(tǒng)提供實時報警功能，可以實現(xiàn)防范于未然,，避免不可預估的損失產生,。
（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"?？梢詾闋顟B(tài)檢修提供事前的數據準備,，不斷提高電網的安全運行水平和供電可靠性。當前供電公司已經對部分變電站的開關柜進行溫度在線監(jiān)測,，實現(xiàn)對“狀態(tài)檢修"提供科學的數據支撐和依據,。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,，并且能夠實時了解設備運行溫度,，發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預警，可以減少設備運行故障發(fā)生次數和時間,，提高供電質量,，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益，也能夠保證用電企業(yè)的正常運轉。假設本系統(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)帶來的經濟效益。在實際生活生產過程中,，本系統(tǒng)還能夠減少停電次數,，提高供電質量，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(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，提高設備安全保障,，及時,、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài),，降低設備事故率,。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準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,、遙設、事件報警、曲線,、棒圖,、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況,，實現(xiàn)快速報警響應,，預防嚴重故障發(fā)生。
2,、應用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網,、鋼廠、化工,、水泥,、數據中心、醫(yī)院,、機場,、電廠、煤礦等廠礦企業(yè),、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。
3,、系統(tǒng)結構
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
4,、系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài),。系統(tǒng)具有以下主要功能：
溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值,，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
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指時間的溫度數據,。
實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,，能夠對所有事件發(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(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測,。
七,、結語
本文結合公司目前的電氣設備狀況，并且從開關柜測溫的傳感器技術,、供能技術,、通信技術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柜的內部結構進行分析,，對測溫方式進行對比分析，制定符合高壓開關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，認為通過系統(tǒng)的安全運行可以帶來一定的經濟效益和社會效益,。
參考文獻：
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［3］ 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022年05版