淺談10kV高壓開關設備在線測溫的研究與應用

摘要：隨著人們生產生活過程中用電需求的不斷增加，高壓電力的供應逐漸得到了普及和發(fā)展，而高壓開關設備作為高壓供電系統(tǒng)中的重要組成部分及關鍵性保護設備，對于保障整個高壓電網系統(tǒng)的高效運行具有重要意義。而10kv高壓開關設備作為常見的種高壓開關設備，在我的電力系統(tǒng)中得到了十分廣泛的使用，其使用過程中故障的出現(xiàn)往往會造成大范圍、深程度的負面影響。而經過研究分析，高壓開關設備的接頭發(fā)熱是導致10kv高壓開關設備故障出現(xiàn)的主要原因，因而化對10kv高壓開關設備的在線測溫工作，對于提高電網系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性具有重要意義。

關鍵詞：高壓開關；在線測溫；方案要求；具體類別

0 引言

就應用領域而言，10kv高壓開關設備在我變電站及發(fā)電廠等電力供應系統(tǒng)中的重要組成部分得到了十分廣泛的使用，并在保障電網安全方面發(fā)揮了十分重要的作用。這是由于10kv高壓開關設備在方面能夠準確控制分線路的投入運行及關閉，在另方面又能及時地將故障線路從整體線路中切除，對于維持電網系統(tǒng)的正常運營及保障其安全具有突出的意義。因而對其進行在線測溫，及時排除接頭發(fā)熱引起的故障，能夠有效地減少電力系統(tǒng)的故障。

1 10kV高壓開關設備在線測溫概述

在我傳統(tǒng)的高壓供電系統(tǒng)中，也開展了對高壓開關設備溫度的測算工作，但由于相關技術的不發(fā)達，采用的是用測溫儀器直接接觸高壓開關設備的方式進行溫度測量的方式，這種方式所得到的設備溫度數據及時性較差，且準確性較低，因而對于檢測排除接頭發(fā)熱故障所起到的參考作用有限。而在線測溫技術作為種利用有線及無線技術進行實時溫度測量的測溫技術，不僅能夠有效地防止高壓開關設備內部強大的電磁波干擾，而且能夠對溫度進行及時的反饋，參考意義較大。再加之隨著科學技術的不斷發(fā)展，高壓開關設備的在線測溫技術也逐漸實現(xiàn)了信息化及智能化，測量偏差日益縮小，及時性大大提高，很大程度上促進了我電力系統(tǒng)安全管理效益。

2 10kV高壓開關設備在線測溫的相關要求

（1）測溫儀器應當具備高壓絕緣性能

由于10kv高壓開關設備的在線測溫工作要同時實現(xiàn)溫度的測量及溫度的反饋功能，因而且必然由溫度測量儀器及溫度接受儀器兩個部分組成。而由于溫度測量儀器般需要直接與10kv高壓的開關設備進行直接連接，而溫度接受儀器需要由人工直接接觸并進行數據處理。因此在進行測溫儀器的安裝的過程中，應當保障儀器整體的絕緣性能，對測量儀器及接收儀器之間進行隔斷處理，保障測溫工作的安全性。

（2）測溫過程不能影響開關設備功能

10kv高壓開關設備般具有較為復雜的內在結構，由較多的元件組合而成。不同的元件只有維持在恰當的位置才能保障整個開關設備功能的充分發(fā)揮。而基于上文所述內容可知，在開展在線測溫工作的過程中要對測量儀器及接收儀器進行阻斷處理，而這工作的開展很容易對高壓開關設備中的元件造成影響，從而妨礙開關設備正常功能的實現(xiàn)，因此在測溫過程中須注意不可移動開關設備元件，不可影響其功能。

（3）測溫儀器應當能夠適應運行環(huán)境

在般情況下，10kv高壓開關設備都被安置在封閉的開關柜當中，其所處的環(huán)境溫度較高、通風性能較差，且具有較強的電流及電磁波干擾。因而為了保障在線測溫儀器測溫功能的穩(wěn)定發(fā)揮，在進行測溫儀器的選擇時應當對其耐熱性及抗電流及電磁波干擾性等性能進行檢測，由此以避免由于高壓開關設備所處環(huán)境所帶來的不良影響制約在線測溫效果的發(fā)揮。

3 10kv高壓開關設備在線測溫系統(tǒng)的設計方案

（1）在線測溫系統(tǒng)設計原理分析

就在線測溫系統(tǒng)的設計及運行原理而言，其主要利用的是10kv高壓開關設備在運行使用的過程中會散發(fā)溫度并發(fā)出定的信號，通過溫度測量儀器對設備的溫度進行測量則可以得出相關溫度數據的原理。并在此基礎上將溫度測量儀器與相關的數據傳輸系統(tǒng)進行連接，使得溫度測量儀器所測量出的溫度能夠實時地通過有線或者無線的方式反饋給高壓開關設備的相關管理人員，以為高壓開關設備的管理提供參考依據。

（2）在線測溫系統(tǒng)大致設計方案

就在線測溫系統(tǒng)的具體設計來說，需要配備溫度傳感器、多路開關及溫度接收器等部件，并將溫度傳感器置于整個系統(tǒng)的底部，與高壓開關設備中故障多發(fā)部位的耦合器進行相應地連接。在此基礎上，再將溫度傳感器與多路開關進行連接，并通過多路開關與溫度接收器進行連接，繼而通過溫度接收器進行溫度數據的傳遞。需要注意的是，在整個安裝連接的過程中應當做好絕緣處理，防止安全問題的發(fā)生。

4 10kv高壓開關設備在線測溫技術的具體類別

（1）光纖光柵測溫技術

這是種基于光纖傳感技術進行溫度測控的在線測溫技術，其可以實現(xiàn)各個傳感器及接收器之間的靈活互通，且測溫系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定，維護也較為簡單。就其精度而言也具有相當的勢，光纖光柵測溫能夠將測量精度精確到0.5攝氏度，能幫助工作人員準確把握開關設備溫度情況。但在安裝的過程中應當注意不能將傳感器安裝在母排上，否則旦對其進行更換，就需要對整個母線系統(tǒng)進行調整。

（2）無線測溫技術

與光纖光柵測溫技術相區(qū)別，無線測溫技術的使用是以電子傳感技術為基礎而的。整個測溫系統(tǒng)主要通過電池進行電力的供應，且通過無線形式進行相關數據的傳播。就溫度測量精度而言，其較光纖光柵測溫技術較差，精度僅能達到1攝氏度，但其后期更換較為便利，無需影響整個母線系統(tǒng)。另外，還需注意的是，這種溫度測量儀器的耐用性較低，且易受到開關柜中的電磁影響。

（3）紅外測溫技術

紅外測溫技術與無線測溫計數所依據的都是電子傳感技術，但與無心測溫技術不同的是，紅外測溫技術需要進行電路連接處理，不能依靠電池供電。其精度與無線測溫技術的精度相差不大，但在傳感器的互換性方面卻較曲線測溫技術較差。再則這種測溫儀器的使用同樣容易受到開關柜中電磁波的影響，且當系統(tǒng)中任部分出現(xiàn)問題時，也需要對整個系統(tǒng)進行更換處理，因而其使用局限性較大。

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據當無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的款無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖1），系統(tǒng)設計遵循際標準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無線測溫監(jiān)控系統(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?？梢员O(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。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構圖

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數據及有關故障、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）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語音告警.

C.短信吿警，可以向指D手機號M發(fā)送吿警信息短信（需選配短信M）.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

■定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監(jiān)測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數據曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖2）。

圖2 電氣接點在線測溫結構圖

5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據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 安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時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。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

6 結語

總的來說，在線測溫技術的不斷化對于保障10kv高壓開關設備的安全穩(wěn)定性具有重要意義，因而相關工作人員應當加強對這技術的研究及相關系統(tǒng)的設計，以期為更好地避免高壓開關設備的接頭發(fā)熱故障起到促進作用，為保障我電網系統(tǒng)的穩(wěn)定運行貢獻份力量。

【參考文獻】

[1] 朱黎.10kV高壓開關設備的在線測溫剖析[J].科學技術創(chuàng)新,2018(34):166-167.

[2] 謝成炳.10KV高壓開關設備的在線測溫剖析.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.