10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任運(yùn)業(yè)

江蘇安科瑞電器制造有限公司  江蘇江陰  214405

   摘要：文章提出了一種用于小車式開關(guān)柜的無線測(cè)溫系統(tǒng)，包括設(shè)于小車動(dòng)觸頭套管上的溫度傳感器、環(huán)繞設(shè)于小車動(dòng)觸頭上的電流傳感器，溫度傳感器及電流傳感器均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器，數(shù)據(jù)接收處理器電連接有設(shè)于小車式開關(guān)柜上的顯示屏；數(shù)據(jù)接收處理器連接有通信模塊，通信模塊連接有遠(yuǎn)程報(bào)警單元；遠(yuǎn)程報(bào)警單元電連接終端設(shè)備。該無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠遠(yuǎn)程及時(shí)監(jiān)控小車觸頭的工作情況；通過顯示屏的設(shè)置可以在小車式開關(guān)柜上及時(shí)顯示溫度電流信息，便于運(yùn)維人員查看，及時(shí)了解小車式開關(guān)柜內(nèi)小車動(dòng)觸頭的工作情況，保證了小車動(dòng)觸頭安全運(yùn)行。

   關(guān)鍵詞：高壓小車開關(guān)柜；無線測(cè)溫系統(tǒng)；電磁干擾

0、引言

   在高壓開關(guān)柜使用過程中，母線連接點(diǎn)和柜內(nèi)的接觸點(diǎn)、動(dòng)靜觸頭電路產(chǎn)生的發(fā)熱量過大，很容易出現(xiàn)火災(zāi)事故和停電事故。所以，做好高壓開關(guān)柜中溫度的監(jiān)測(cè)工作至關(guān)重要。由于高壓設(shè)備中存在裸露電壓，使用常規(guī)的溫度監(jiān)測(cè)方法并不能將高壓絕緣問題解決，而無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)使用無線電波傳輸信息，無須進(jìn)行布線和使用高壓設(shè)備等，也不需要采取相應(yīng)的絕緣措施，可以解決高壓設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)問題，本文對(duì)高壓小車開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析探討。

1、無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

         10kV高壓柜是電力系統(tǒng)中的一部分，其安全運(yùn)行是用戶負(fù)荷的重要保證。高壓柜的特點(diǎn)是負(fù)荷電流較大、容易發(fā)熱，需要定期測(cè)溫。從結(jié)構(gòu)形式上看，10kV高壓柜分為旋轉(zhuǎn)刀閘式和小車式兩種，小車式高壓柜由于觸頭密封，在柜外無法觀察測(cè)溫，因此巡視人員只能通過對(duì)柜壁測(cè)溫來間接推算內(nèi)部是否發(fā)熱，溫度的傳導(dǎo)損耗導(dǎo)致精度很低，而且無法觀察細(xì)微的變化，不滿足安全運(yùn)行的要求。

2、高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

2.1　系統(tǒng)的主要組成

   無線測(cè)溫系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、無線溫度監(jiān)測(cè)儀、監(jiān)控中心上位機(jī)、通信鏈路構(gòu)成，其中，無線溫度傳感器主要安裝在開關(guān)柜面板上，用來收集各子無線溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，無線傳感溫度監(jiān)測(cè)儀都利用RS485總線和監(jiān)控中心上位機(jī)進(jìn)行通信，從而組成分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2　無線溫度傳感器

   無線溫度傳感器主要用來測(cè)量帶電物體表面溫度，如對(duì)高壓開關(guān)柜中的母排接頭和裸露觸電的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無線溫度傳感器主要包括測(cè)量電路、溫度傳感器、無線調(diào)制接口、邏輯控制電路、供電電路，通過無線網(wǎng)絡(luò)將溫度信號(hào)傳送到無線溫度監(jiān)測(cè)儀。無線溫度傳感器由于體積比較小，適合用來測(cè)量開關(guān)柜中的溫度熱接點(diǎn)，可以對(duì)開關(guān)柜中引出電纜接頭、觸頭、母線連接點(diǎn)的運(yùn)行溫度進(jìn)行測(cè)量。

2.3　無線溫度監(jiān)測(cè)儀

   無線溫度監(jiān)測(cè)儀主要用來對(duì)溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集、儲(chǔ)存、處理、報(bào)警信號(hào)輸出等，其中監(jiān)控中心PC機(jī)和RS485進(jìn)行通信。LCD人機(jī)交互主要用來對(duì)當(dāng)前無線傳感器無線溫度監(jiān)測(cè)信息和溫度數(shù)據(jù)信息進(jìn)行顯示，現(xiàn)場(chǎng)用戶可以通過執(zhí)行輸入操作、輸出操作進(jìn)行控制。例如對(duì)無線傳感器進(jìn)行查詢和設(shè)置，而無線溫度監(jiān)測(cè)儀則可以用來進(jìn)行運(yùn)行日志的查詢和配置。

2.4　抗電磁干擾

   在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，無線傳感器布置在母排接近開關(guān)觸頭和接頭表面的觸臂上，一旦有大電流從觸臂和母排上流過，會(huì)產(chǎn)生比較大的電磁場(chǎng)，進(jìn)而影響傳感器的正常運(yùn)行。為保證無線傳感器的正常運(yùn)行，需要采取一定的屏蔽措施。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要對(duì)天線外接外，還需要在屏蔽盒中布置電路，降低運(yùn)行過程中電磁輻射產(chǎn)生的影響。在導(dǎo)熱片上布置溫度傳感器，并將其他屏蔽盒中剩余的空間進(jìn)行灌膠，為了保證其具有良好的絕緣性，需要將傳感器使用熱鎖管包裹好。

圖1　小車式開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   圖1為一種用于小車式開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，包括設(shè)于小車動(dòng)觸頭套管1上的溫度傳感器2以及設(shè)于端子箱模塊3上的電流傳感器4，溫度傳感器2和電流傳感器4均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器5，數(shù)據(jù)接收處理器5電連接有設(shè)于小車式開關(guān)柜6上的顯示屏7；數(shù)據(jù)接收處理器5連接有通信模塊8，通信模塊8連接有遠(yuǎn)程報(bào)警單元9；遠(yuǎn)程報(bào)警單元9電連接有終端設(shè)備。其中，數(shù)據(jù)接收處理器5包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元10和數(shù)據(jù)處理單元11。另外，數(shù)據(jù)接收單元10包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，溫度數(shù)據(jù)接收單元及電流數(shù)據(jù)接收單元均分別與數(shù)據(jù)處理單元11相連。其中，數(shù)據(jù)處理單元11與通信模塊8相連。另外，溫度傳感器2為綁扎式溫度傳感器，綁扎式溫度傳感器套設(shè)于小車動(dòng)觸頭套管1上。其中，溫度傳感器2 為絕緣性溫度傳感器。

3、高壓小車開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

   在該技術(shù)方案中，通過溫度傳感器的設(shè)置可以測(cè)量小車動(dòng)觸頭的溫度，通過電流傳感器的設(shè)置可以測(cè)量流經(jīng)小車動(dòng)觸頭的電流；通過數(shù)據(jù)接收處理器的設(shè)置可以接收溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)，并對(duì)當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)與電流數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行判斷，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，避免了通過通信模塊連接的遠(yuǎn)程報(bào)警單元出現(xiàn)誤報(bào)；同時(shí)小車式開關(guān)柜上設(shè)置有顯示屏，可以實(shí)時(shí)顯示電流、溫度數(shù)據(jù)，便于運(yùn)維人員查看顯示屏及時(shí)了解小車式開關(guān)柜內(nèi)的小車動(dòng)觸頭發(fā)熱、電流情況，保證小車式開關(guān)柜的安全運(yùn)行；同時(shí)遠(yuǎn)程報(bào)警單元連接有終端設(shè)備，終端設(shè)備可以是手機(jī)或其他設(shè)備，便于運(yùn)維人員通過終端設(shè)備及時(shí)掌握小車式開關(guān)柜的工作狀況。

   數(shù)據(jù)接收處理器包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)處理單元。在該技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)接收單元能夠接收溫度傳感器和電流傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元能夠判斷電流與相對(duì)應(yīng)的電流溫度是否在正常范圍內(nèi)，如果電流在一定數(shù)值，溫度超出了設(shè)定的閾值，數(shù)據(jù)處理單元將判斷的指令以及接收的電流、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊。

   數(shù)據(jù)接收單元包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，二者均分別與數(shù)據(jù)處理單元相連。在該技術(shù)方案中，數(shù)據(jù)處理單元能夠處理電流數(shù)據(jù)接收單元接收的電流數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)接收單元接收的溫度數(shù)據(jù)，并把處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)傳遞至通信模塊。

   數(shù)據(jù)處理單元與通信模塊相連。在該技術(shù)方案中，通信模塊能夠?qū)?shù)據(jù)處理單元處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程報(bào)警單元。溫度傳感器為綁扎式溫度傳感器，將綁扎式溫度傳感器套設(shè)于小車動(dòng)觸頭套管上。綁扎式溫度傳感器可以根據(jù)小車觸頭套管的直徑大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，便于溫度傳感器安裝在不同規(guī)格的小車觸頭上。溫度傳感器采用絕緣性溫度傳感器。這樣設(shè)置可以使溫度傳感器盡可能靠近小車觸頭，得到更真實(shí)的溫度值，防止流經(jīng)小車觸頭的電流對(duì)溫度傳感器的影響，保證溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

4、應(yīng)用場(chǎng)景

   電氣接點(diǎn)在線測(cè)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(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)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(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

5、系統(tǒng)硬件配置

   溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

6、結(jié)語(yǔ)

   綜上所述，該無線測(cè)溫系統(tǒng)是一種用于小車式開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)，通過電流傳感器及溫度傳感器的設(shè)置，反映出電流與溫度的關(guān)系，保證了測(cè)量小車觸頭的溫度數(shù)據(jù)及通過小車觸頭中的電流數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，通過數(shù)據(jù)接收處理器的設(shè)置可以判斷在電流值一定的情況下，溫度數(shù)據(jù)超出設(shè)定的閾值后，數(shù)據(jù)接收處理器將指令、溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊，通信模塊將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程報(bào)警單元，便于后臺(tái)遠(yuǎn)程及時(shí)監(jiān)控小車觸頭的工作情況，通過顯示屏的設(shè)置可以在小車式開關(guān)柜上及時(shí)顯示溫度電流信息，便于運(yùn)維人員查看，及時(shí)了解小車式開關(guān)柜內(nèi)小車動(dòng)觸頭的工作情況，保證了小車動(dòng)觸頭的安全運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]王福凱,蘭西柱,董瑞琦,等,高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化,2012（7）:108-112

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版。

作者介紹：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事無線測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。