摘 要：作為保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備的高壓開(kāi)關(guān)柜裝置,其內(nèi)部導(dǎo)電連接處過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)柜接點(diǎn)的無(wú)線測(cè)溫技術(shù),闡述了高壓開(kāi)關(guān)柜在無(wú)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(kāi)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(wú)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(kāi)關(guān)柜,；電氣接點(diǎn)；無(wú)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(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行壓力,，隨著電網(wǎng)的改革與建設(shè)，高壓開(kāi)關(guān)柜的數(shù)量越來(lái)越多,，增加了故障的發(fā)生機(jī)率,。高壓開(kāi)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(chē)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(guò)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(wú)法保證。 同時(shí),，對(duì)于改造類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施難度較大,，因此推薦采用無(wú)線測(cè)溫方法進(jìn)行檢測(cè)。目前無(wú)線測(cè)溫方法包括電磁感應(yīng)供電無(wú)線測(cè)溫,、電池供電無(wú)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(wú)源測(cè)溫較合適,，無(wú)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(wú)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(wú)線傳輸技術(shù)選用：無(wú)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(wú)線通信方式包括：Sub-1G技術(shù),、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth),、工業(yè)無(wú)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(wú)線傳輸技術(shù)，傳輸距離10m范圍以?xún)?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(wú)線溫度傳感器

2）無(wú)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(kāi)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(guò)1250 A,，30 min,，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí),，無(wú)線溫度傳感器表面溫升不應(yīng)超過(guò)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(wú)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(kāi)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(kāi)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(wú)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(wèn)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(kāi)關(guān)柜溫升原因分析

目前，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開(kāi)關(guān)柜,，都要通過(guò)型式試驗(yàn)對(duì)入網(wǎng)的開(kāi)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(guò)程中，通常情況下,，負(fù)荷不會(huì)達(dá)到開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量,，更不會(huì)引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升問(wèn)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(kāi)關(guān)柜的溫升迅速增加,。當(dāng)負(fù)荷超過(guò)開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)柜甚至遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)滿容量,。對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)，開(kāi)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(guò)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(lái)說(shuō)表現(xiàn)得尤為突出,，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)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(guò)80℃時(shí)，因過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)柜的溫升異常,，所以加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行開(kāi)關(guān)設(shè)備溫升的監(jiān)視,，發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(kāi)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(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品針對(duì)高壓開(kāi)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(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(guò)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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[4] 安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2020.1月版

編輯：安科瑞 孫斌