王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的一個(gè)重要部分為高壓開(kāi)關(guān)柜。高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)非常關(guān)鍵，因?yàn)檎w溫度太高會(huì)逐漸損耗其電氣設(shè)備。分析10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)，闡述10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、技術(shù)特點(diǎn)及工作原理，總結(jié)了無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)在10kV高壓開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備；高壓開(kāi)關(guān)柜；無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)
一、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
1、整體設(shè)計(jì)
本文選擇KYN型開(kāi)關(guān)柜作為研究對(duì)象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備、移動(dòng)式結(jié)構(gòu)以及戶(hù)內(nèi)裝置。根據(jù)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行需求，10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的整體設(shè)計(jì)要從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，主要由3部分組成，即高壓測(cè)發(fā)射端、低壓側(cè)接收端以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理控制。這一設(shè)計(jì)考慮到KYN型開(kāi)關(guān)柜所具備的6個(gè)梅花觸頭，并提供了470MHz無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側(cè)電源，ATE400溫度傳感器測(cè)量觸頭溫度，系統(tǒng)由此能夠準(zhǔn)確反映觸頭溫度變化。
2、溫度傳感器的選擇
一般工業(yè)場(chǎng)所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個(gè)傳感器可以發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)傳感器自身都有明確的溫度測(cè)量范圍。明確的溫度測(cè)量范圍值，可以認(rèn)知其傳感器的適應(yīng)溫度環(huán)境的變化程度。結(jié)合設(shè)計(jì)成本和難度，大多數(shù)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)都會(huì)選擇應(yīng)用ATE400溫度傳感器。究其原因，主要是其ATE400溫度傳感器的價(jià)格比較實(shí)惠，同時(shí)具備高精度測(cè)量、簡(jiǎn)便的測(cè)溫路線(xiàn)以及使用拓展性方便的優(yōu)勢(shì)。
3、高、低壓側(cè)信號(hào)傳輸方式選擇
無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的良好程度。無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)等。但是，由于不同技術(shù)的抗干擾性以及功耗有所不同，因此10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)在無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸方式上主要選擇藍(lán)牙技術(shù)。
4、高壓側(cè)供電方式選擇
供電電源間的高壓側(cè)電路需要滿(mǎn)足不間斷供電、抗干擾能力強(qiáng)以及高穩(wěn)定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽(yáng)能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是，10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)主要應(yīng)用了CT互感器電源供電方式，因?yàn)镃T互感器電源供電更能滿(mǎn)足高壓側(cè)電路多種需求點(diǎn)，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)安全、應(yīng)用成熟以及使用環(huán)境優(yōu)良的優(yōu)勢(shì)。
二、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器的原理
1、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫原理
結(jié)合不同的溫度傳感元件進(jìn)行測(cè)溫就是無(wú)線(xiàn)測(cè)溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線(xiàn)測(cè)溫傳感器、半導(dǎo)體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器等。
2、熱敏電阻溫度傳感器
針對(duì)不斷變化的溫度，它的阻值也呈現(xiàn)出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過(guò)來(lái)，可以結(jié)合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優(yōu)勢(shì)也由此顯現(xiàn)，即具備較高的靈敏度，劣勢(shì)即熱敏電阻值與溫度的線(xiàn)性關(guān)系變差，進(jìn)一步導(dǎo)致元件被老化，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限，還會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用使其溫度測(cè)定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性變差。
3、紅外測(cè)溫度傳感器
黑體輻射定律就是紅外測(cè)溫度傳感器應(yīng)用原理，即任意一個(gè)物體只要高于0P,就會(huì)不自覺(jué)地發(fā)射出紅外線(xiàn)。它的特點(diǎn)就是應(yīng)用非接觸式的測(cè)量，所以測(cè)量探頭以及被測(cè)物體不需要進(jìn)行遮擋，也不用做出多種絕緣處理。但是，紅外測(cè)溫度傳感器非常容易受到溫度、濕
度以及輻射等因素的影響，導(dǎo)致測(cè)溫精度出現(xiàn)偏差。
4、半導(dǎo)體傳感器
PN作為一個(gè)測(cè)溫元件，它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發(fā)生變化。通過(guò)加強(qiáng)恒定電流的方式，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)中電流的大小，測(cè)定其高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度。雖然這種方式測(cè)定的溫度準(zhǔn)確度高，但是整體的靈敏度不如熱敏電阻，因?yàn)槠浞磻?yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)。然而，半導(dǎo)體傳感器不易老化，而且整體的使用年限較高，因此具有較高的可靠性。
5、聲表面溫度傳感器
聲表面溫度傳感器測(cè)溫方式非常特殊，即為無(wú)源測(cè)量，可以借助無(wú)線(xiàn)傳輸測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)柜的具體溫度。整體優(yōu)勢(shì)是體積小，不用結(jié)合電源，但是整體的傳輸距離短，且整個(gè)傳輸過(guò)程不能有障礙物，否則易發(fā)生位移和震動(dòng)的情況，非常容易產(chǎn)生聲表面相位變化，影響其測(cè)溫值的準(zhǔn)確性。
6、無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器
應(yīng)用能量收集方式進(jìn)行能量的獲取來(lái)滿(mǎn)足無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的能量需求，即可以充分摒棄傳統(tǒng)電池和CT取電的方式。整個(gè)無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器安全可靠性較高。整個(gè)能量收集技術(shù)沒(méi)有污染，還有可循環(huán)、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。因此，未來(lái)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的發(fā)展大多會(huì)建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)上，并呈現(xiàn)出多種類(lèi)似于無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的方式。
三、無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
1、安全性
獨(dú)立式的電位絕緣安裝的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)，是可以大范圍規(guī)避其爬電帶來(lái)的不良影響的系統(tǒng)，還能有效提升電氣設(shè)備的安全性能。因此，整個(gè)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)為較高的安全性。
2、準(zhǔn)確性
無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用的器件大多數(shù)為高精度數(shù)字傳感器，可以充分肯定測(cè)溫方式多為接觸式。整個(gè)傳感器的位置非常接近發(fā)熱點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定溫度點(diǎn)的溫度變化的目標(biāo)，顯示出無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的整體測(cè)量準(zhǔn)確性。
3、靈活性
由于無(wú)線(xiàn)測(cè)溫器件本身體積較小，所以整個(gè)器件安裝過(guò)程非常便捷，整個(gè)組網(wǎng)也非常靈活，即可以應(yīng)用無(wú)線(xiàn)或者有線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)連線(xiàn)方式。器件的體積小還能方便多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的安裝，得到各方位的測(cè)量數(shù)據(jù)。
4、易用性
無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的整個(gè)操作平臺(tái)主要是應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，因此會(huì)更加便捷性地鏈接其網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到自動(dòng)化控制系統(tǒng)，且整體的使用性能也更加方便。
5、功耗低
低功耗的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)測(cè)溫，可以達(dá)成正常測(cè)溫的目的，同時(shí)提升無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器的使用年限。
四、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)階段，我國(guó)多個(gè)企業(yè)公司的科研院校以及部門(mén)都已經(jīng)研制出多個(gè)不同類(lèi)型的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫度在線(xiàn)檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)。比如，某一公司早已研制出一種特殊裝置，從正常層面上認(rèn)知其裝置是一種非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要的監(jiān)測(cè)功能是進(jìn)行配電開(kāi)關(guān)柜中一個(gè)特定部位溫度連續(xù)性的監(jiān)控，且這個(gè)監(jiān)測(cè)部位是整個(gè)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的關(guān)鍵部位。監(jiān)測(cè)其部位的目的是得到準(zhǔn)確度較高的運(yùn)行工作狀態(tài)以及溫度，同時(shí)其非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)斷路器的工作狀態(tài)。整個(gè)非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件。石英晶體聲表面波元件應(yīng)用到10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)中，主要作為溫度敏感元件。該溫度敏感元件會(huì)直接粘貼在待測(cè)的位置點(diǎn)。由溫度敏感元件組成的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜會(huì)組成振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號(hào)。10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用其中，能充分滿(mǎn)足系統(tǒng)并發(fā)揮其自身數(shù)字化特點(diǎn)，進(jìn)一步抑制強(qiáng)電場(chǎng)的干擾性，達(dá)到過(guò)熱警報(bào)的目的。此外，監(jiān)控設(shè)備還可以借助微機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式，得到各方位的集中式監(jiān)測(cè)。
實(shí)際應(yīng)用到10kV高壓開(kāi)關(guān)柜中的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，即性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便捷安裝和操作。因此，多數(shù)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜都會(huì)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)溫。同時(shí)，整個(gè)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的價(jià)格并不高，是人們可接受的系統(tǒng)價(jià)格范圍。小巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊便于變動(dòng)其開(kāi)關(guān)柜，即進(jìn)行開(kāi)關(guān)柜配套時(shí)，即使原柜結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變動(dòng)，也能進(jìn)行快速安裝工作。只要對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)柜配件，再打上相應(yīng)的安裝孔，就能實(shí)現(xiàn)快速安裝。整個(gè)安裝過(guò)程不會(huì)影響原有的開(kāi)關(guān)柜的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)性能，尤其是針對(duì)開(kāi)關(guān)柜的絕緣性能，安裝過(guò)程中絕緣性能非常好。智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)是一個(gè)龐大且繁雜的系統(tǒng)工程，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展系統(tǒng)工程，明確系統(tǒng)工程作為電力公司以及全社會(huì)改革與創(chuàng)新的前提，能不斷推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。國(guó)家早在2006年就發(fā)布了多個(gè)系統(tǒng)電力設(shè)備安全使用的重要文件，明確認(rèn)知其國(guó)家優(yōu)先發(fā)展以及實(shí)施的主體是智能電網(wǎng)安全保障。我國(guó)當(dāng)前處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)時(shí)期，國(guó)家電網(wǎng)的電力供電量已經(jīng)不能滿(mǎn)足居民的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)需求。因此，國(guó)家要加大電網(wǎng)的供電量，但這樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電器設(shè)備出現(xiàn)隱患，尤其是對(duì)于智能電網(wǎng)末端的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜。因此，只有確保高壓開(kāi)關(guān)柜的安全，才能進(jìn)一步促進(jìn)電網(wǎng)溫度監(jiān)測(cè)效果。
五、安科瑞溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
1、概述
電氣接點(diǎn)在線(xiàn)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(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)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(xiàn)、棒圖、報(bào)表和用戶(hù)管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線(xiàn)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。
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)。
3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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：
1）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)。
2）溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線(xiàn)。
3）運(yùn)行報(bào)表：查詢(xún)及打印各測(cè)溫點(diǎn)規(guī)定時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
4）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。
5）歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析等。
5、系統(tǒng)硬件配置
溫度在線(xiàn)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(xiàn)監(jiān)測(cè)。
六、結(jié)語(yǔ)
就10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行深度分析，結(jié)合實(shí)際的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，達(dá)成各方位保障智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。
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