王蘭

（安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801）

 

 

摘要：全封閉式高壓開(kāi)關(guān)柜在配電網(wǎng)中大量使用，運(yùn)行可靠性得以大幅提高，由于高壓開(kāi)關(guān)柜全封閉的特點(diǎn)及無(wú)人值守運(yùn)行模式給日常巡視工作帶來(lái)了困難，尤其柜內(nèi)一次電氣接頭的發(fā)熱不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易造成故障范圍的擴(kuò)大，通過(guò)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫方案探討分析，提出了一種全新的測(cè)溫方案，以滿足不同現(xiàn)場(chǎng)條件的需求。

關(guān)鍵詞：接頭發(fā)熱?測(cè)溫?傳輸方式?探討

      目前隨著全封閉式高壓開(kāi)關(guān)柜在10kV系統(tǒng)電網(wǎng)中的大量使用，對(duì)其可靠性也提出了更高的要求，然而在長(zhǎng)期的運(yùn)行中開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電氣接頭的異常發(fā)熱已成為影響開(kāi)關(guān)柜安全運(yùn)行眾多因素中常見(jiàn)的問(wèn)題。針對(duì)目前高壓設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，高壓電氣接點(diǎn)溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決了在常規(guī)的溫度監(jiān)測(cè)手段中所遇到的問(wèn)題，為避免高壓電氣設(shè)備事故起到了很好的預(yù)警作用。

1.1?紅外測(cè)溫法

       紅外測(cè)溫是非接觸式測(cè)溫方式，即利用紅外線點(diǎn)溫儀通過(guò)對(duì)全封閉式高壓開(kāi)關(guān)柜柜門上的巡視玻璃看窗進(jìn)行測(cè)溫，但由于玻璃的反射作用，造成測(cè)溫誤差較大，因此該測(cè)溫方法是不可行的。針對(duì)此問(wèn)題將玻璃看窗換成價(jià)格昂貴的紅外線玻璃看窗，解決現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)溫問(wèn)題，但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，不利于集控站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2?無(wú)線測(cè)溫法

       將無(wú)線測(cè)溫探頭固定在封閉柜內(nèi)待測(cè)溫的電氣接頭上，無(wú)線接收裝置則放置在柜外，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線實(shí)時(shí)測(cè)溫，并能夠進(jìn)行后臺(tái)監(jiān)控。該測(cè)溫方法的缺點(diǎn)是：封閉式開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，電磁干擾嚴(yán)重，由于高壓開(kāi)關(guān)柜各隔室除電纜室玻璃看窗外均采用金屬擋板進(jìn)行密封處理，降低了無(wú)線測(cè)溫設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸度和可靠性，測(cè)溫探頭內(nèi)電池的無(wú)線發(fā)功率比較小，抗電磁干擾差，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1.3?光纖光柵傳感器

       該設(shè)備抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫以及信號(hào)衰減比較小、質(zhì)輕、集信息傳感與傳輸于一身等，有效解決常規(guī)檢測(cè)技術(shù)中無(wú)法解決的測(cè)量難題，但是由于一個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的價(jià)格就高達(dá)3000元以上，因此在變電站中推廣應(yīng)用受到一定的制約。為解決高壓開(kāi)關(guān)觸頭處于高電壓、高溫度、強(qiáng)磁場(chǎng)的電磁干擾環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸頭的測(cè)溫及測(cè)溫裝置造價(jià)成本過(guò)高不易大面積推等問(wèn)題，各廠家及科研機(jī)構(gòu)主要針對(duì)無(wú)線測(cè)溫方法中的信號(hào)傳輸頻率、抗干擾性進(jìn)行了研究，為在線測(cè)溫方法的多樣性提供了現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

      超溫遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)從功能角度可以分成三部分：用于監(jiān)測(cè)被測(cè)電氣接頭溫度的溫度采集模塊、用于接收電氣接頭溫度報(bào)警的紅外接收模塊、用于查看報(bào)警信息及其功能設(shè)置的顯示終端模塊及后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1?溫度采集模塊的組成

       由溫度傳感器、單片機(jī)、紅外發(fā)射器、電池等元器件組成。通過(guò)模塊內(nèi)的單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)、電池電壓檢測(cè)以及通過(guò)與顯示終端模塊的對(duì)答功能，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)溫度采集模塊ID地址的配置。溫度采集模塊固定在待監(jiān)測(cè)的三相電纜終端接頭附件的金屬導(dǎo)電體上，在監(jiān)測(cè)到電氣接頭的溫度達(dá)到報(bào)警溫度閥值時(shí)（溫度閥值設(shè)為70°），啟動(dòng)單片機(jī)將配置的ID地址及溫度數(shù)據(jù)組合后編碼調(diào)制通過(guò)紅外發(fā)射器進(jìn)行紅外數(shù)據(jù)傳輸。

2.2?紅外接收模塊的組成

       由單片機(jī)、紅外收發(fā)器、485通訊等元器件組成。可實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警信號(hào)的紅外數(shù)據(jù)接收，接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)單片機(jī)解碼后通過(guò)485通訊接口傳輸?shù)斤@示終端模塊。接收模塊的外殼采用磁吸設(shè)計(jì)，可方便地吸附在金屬柜體的內(nèi)部，確保接收的靈敏性。

2.3?顯示終端模塊組成

       顯示終端模塊主要由終端單片機(jī)、液晶屏、設(shè)置按鍵、LED顯示及485通訊接口、電源、繼電器等元器件組成。紅外接收模塊接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)485通訊接口傳輸?shù)斤@示終端模塊內(nèi)的單片機(jī)上去控制相應(yīng)的LED燈顯示，起到指明某個(gè)電氣接頭監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)熱的作用。同時(shí)啟動(dòng)繼電器輸出開(kāi)出量用于給上位機(jī)上傳報(bào)警信號(hào)。

2.4?溫度采集模塊的紅外遙控編碼傳輸協(xié)議

       溫度采集模塊的編碼調(diào)制采用NEC編碼傳輸協(xié)議，其特點(diǎn)：8位地址和8位命令，為提高可靠性，地址和命令都分別傳輸2次，第2次為反碼傳輸。脈沖間隔調(diào)制：38kHz載波頻率；每一位時(shí)間為1.12ms（0）或2.25ms（1），調(diào)制采用脈沖間隔時(shí)間調(diào)制每一位。每一個(gè)脈沖都是560uS長(zhǎng)度的38kHz載波脈沖，占空比為1/4或1/3（約21個(gè)周期），邏輯1：2.25ms，邏輯0：1.12ms，實(shí)現(xiàn)高壓柜內(nèi)每個(gè)溫度采集器模塊地址的準(zhǔn)確性。

2.5?溫度采集模塊ID地址的配置

       長(zhǎng)按溫度采集模塊上的按鍵開(kāi)關(guān)3s以上，給溫度傳感器單片機(jī)輸入高電平信號(hào)，單片機(jī)芯片采用NEC紅外遙控協(xié)議調(diào)制成38kHZ載波頻率輸入到紅外線發(fā)射器上，紅外接收模塊上的紅外接收器接收到這個(gè)紅外發(fā)射信號(hào)后，通過(guò)紅外接收器內(nèi)部電路對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)比較后輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形后輸送給紅外接收模塊內(nèi)部的接收頭單片機(jī)芯片，接收頭單片機(jī)芯片隨機(jī)產(chǎn)生8位2進(jìn)制ID地址信號(hào)后采用NEC協(xié)議進(jìn)行編碼調(diào)制輸出給紅外發(fā)射器，溫度采集模塊上的紅外接收器接收到這個(gè)信號(hào)后經(jīng)解碼輸入到溫度采集模塊上的單片機(jī)芯片上存入這個(gè)ID地址，至此這個(gè)溫度采集模塊有了準(zhǔn)確性ID地址，為顯示終端識(shí)別這個(gè)溫度采集模塊提供了先決條件，

       溫度采集器模塊通過(guò)硅膠綁帶方式將溫度傳感器的感溫面直接貼合固定在被測(cè)A、B、C三相電氣接頭上待測(cè)電氣接頭附近的金屬導(dǎo)電體表面上。

紅外接收模塊的外殼具有磁吸功能，可吸附在高壓開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)壁上可方便紅外接收角度的調(diào)整。

顯示終端模塊安裝在高壓柜儀表室內(nèi)，由柜內(nèi)電源提供工作電源，開(kāi)出量端子與綜合保護(hù)裝置的開(kāi)入量端子連接（圖1）。

4.1概述

       電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)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(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)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。

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

 

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

       適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。

 

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)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(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線

查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

運(yùn)行報(bào)表

查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)規(guī)定時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時(shí)告警

系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

歷史事件查詢

能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

4.5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)。

       近年來(lái)，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設(shè)備過(guò)熱而發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故。分析表明，我國(guó)每年發(fā)生的電力事故，有40％是由高壓電氣設(shè)備過(guò)熱所致；而在采用高壓開(kāi)關(guān)柜和電力電纜的供電系統(tǒng)中，有70％以上的電纜運(yùn)行故障是因?yàn)檫B接部位接觸電阻變大、過(guò)負(fù)荷等引起接頭溫度過(guò)高所致。如某110kV變電站就出現(xiàn)過(guò)因饋出線電纜接頭及開(kāi)關(guān)一次觸頭發(fā)熱起火，燒掉3面10kV全封閉式高壓開(kāi)關(guān)致使全站長(zhǎng)時(shí)間停電，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。地方大型化工企業(yè)等為保證供電的可靠性生產(chǎn)的連續(xù)性，電纜接頭測(cè)溫已成為高壓開(kāi)關(guān)柜的標(biāo)配，但受制于技術(shù)的可靠性及安裝成本的過(guò)高，還未能大面積推廣，但隨著技術(shù)的成熟，成本的降低，相信會(huì)有很大的市場(chǎng)需求。

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