無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)在智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用

一、引言

前我國(guó)電力系統(tǒng)正向著大電網(wǎng)、高可靠性、高自動(dòng)化水平方向迅猛發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)化、智能化的監(jiān)控水平已成為我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。高壓配電開(kāi)關(guān)柜是配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔(dān)著開(kāi)斷和關(guān)合電力線(xiàn)路等重要作用，但在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)、母線(xiàn)及出線(xiàn)連接等部位因氧化腐蝕或因緊固螺栓松動(dòng)等原因至使接觸電阻變大，在高負(fù)荷運(yùn)行情況下，連接點(diǎn)發(fā)熱并形成惡性循環(huán)，且發(fā)熱點(diǎn)溫度無(wú)法監(jiān)測(cè)，導(dǎo)致連接部位溫度過(guò)高甚至燒毀，造成事故停電。因此，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜連接點(diǎn)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警是非常

必要的。

二、智能化變電站簡(jiǎn)介

1、智能化變電站變壓器基本概念

智能化變電站變壓器的工作方式是將模擬量變換成數(shù)字量，再通過(guò)數(shù)字電度表對(duì)其進(jìn)行顯示與控制，這樣就實(shí)現(xiàn)了變電站內(nèi)用高壓繞組中所需轉(zhuǎn)換電壓、高電流和大電流運(yùn)行等功能。同時(shí)還可以根據(jù)需要在高壓柜上安裝相應(yīng)保護(hù)裝置。隨著我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展越來(lái)越進(jìn)步及科技水平提高速度很快的今天，智能化變電站變壓器已經(jīng)成為我們國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)組成部分之一。

2、智能化變電站主要特點(diǎn)

智能化變電站主要有以下特點(diǎn)：（1）操作方便。在運(yùn)行環(huán)境下，當(dāng)設(shè)備的某一參數(shù)發(fā)生了變化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化。例如溫度升高、電流變大等情況。同時(shí)也可以通過(guò)改變電路中元件的選型來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)，從而對(duì)整個(gè)電力網(wǎng)進(jìn)行調(diào)控和管理，這樣所導(dǎo)致的反應(yīng)速度比傳統(tǒng)變電站更快而且更加靈敏準(zhǔn)確。（1）靈活性強(qiáng)。在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)故障或發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)智能化變電站就可以通過(guò)對(duì)內(nèi)部故障進(jìn)行分析和診斷，并及時(shí)采取有效的措施解決問(wèn)題。（3）自動(dòng)化程度高。在設(shè)備運(yùn)行中如果有突發(fā)問(wèn)題發(fā)生時(shí)，個(gè)系統(tǒng)都會(huì)被保護(hù)裝置自動(dòng)斷開(kāi)、切斷等操作以避免造成人員損傷或事故。同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)工作狀態(tài)及溫度變化過(guò)程等功能都是這樣所導(dǎo)致得反應(yīng)速度更快準(zhǔn)確度更高且更加靈敏性更強(qiáng)。

圖1　智能變電站結(jié)構(gòu)示意圖

3、變壓器測(cè)溫理論基礎(chǔ)

變壓器的溫度是其基本、重要和直接影響到變電站運(yùn)行安全與穩(wěn)定，所以，需要可靠準(zhǔn)確地測(cè)量。我們可以通過(guò)測(cè)溫來(lái)判斷該變壓器是否處于正常工作狀態(tài)或發(fā)生故障狀況等問(wèn)題。測(cè)溫的原理為：變壓器在工作過(guò)程中繞組升溫，該部分熱量傳遞到浸沒(méi)的油中，使油溫上升，通過(guò)在有中放置溫度計(jì)，檢測(cè)油溫變化來(lái)檢測(cè)變壓器實(shí)際工作狀態(tài)是否正常。

三、智能化變電站運(yùn)行基本要求

1、智能化變電站的功能需求

智能化變電站的主要功能模塊包括：站內(nèi)綜合管理、繼電保護(hù)和運(yùn)行控制等。（1）站內(nèi)綜合管理。智能化變電站通過(guò)對(duì)柜體進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)主變壓器及設(shè)備故障分析與停電檢修工作，并及時(shí)向調(diào)度中心報(bào)告告警。可根據(jù)電網(wǎng)情況自動(dòng)切換主接線(xiàn)或運(yùn)維操作指令。能有

效地保證系統(tǒng)供電的可靠性、穩(wěn)定性和連續(xù)性。（2）繼電保護(hù)功能。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生足以損壞設(shè)備或危及電網(wǎng)安全運(yùn)行的故障時(shí)，使被保護(hù)設(shè)備快速脫離電網(wǎng)。對(duì)電網(wǎng)的非正常運(yùn)行及某些設(shè)備的非正常狀態(tài)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，以便迅速處理，使之恢復(fù)正常。實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化和遠(yuǎn)動(dòng)化，以及工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)控制。（3）智能化。變電站的運(yùn)行監(jiān)控功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，操作控制，安全監(jiān)視，時(shí)間順序記錄，故障錄波和測(cè)距，人機(jī)聯(lián)系功能，數(shù)據(jù)處理與記錄，諧波分析與監(jiān)視等功能。

2、智能化變電站的性能指標(biāo)

智能化變電站的性能指標(biāo)包括：設(shè)備功能、系統(tǒng)配置及工作狀態(tài)等。（1）電氣設(shè)備參數(shù)。在變電所中，變壓器與用電裝置是一個(gè)非常重要的部分，其主要內(nèi)容有主油管是否符合要求和高低壓側(cè)是否正常；高壓斷路器是不是能夠安全可靠地運(yùn)行；配電網(wǎng)能否滿(mǎn)足調(diào)度計(jì)劃和繼電器檢修需求以及電壓質(zhì)量指標(biāo)等一些相關(guān)方面都需要考慮在內(nèi)，這些方面對(duì)變電站進(jìn)行測(cè)控、保護(hù)等。（2）系統(tǒng)參數(shù)。在變電所中，變壓器的功能是將電能轉(zhuǎn)換成符合要求的電壓和提供正常工作。其主要內(nèi)容有降壓、升壓、配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行等。（3）系統(tǒng)配置參數(shù)及狀態(tài)指標(biāo)智能化。變電站不僅能夠?qū)崿F(xiàn)安全可靠供電，而且還能對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理地監(jiān)控管理與控制保護(hù)。

3、智能化變電站設(shè)備可靠性要求

在智能化變電站中，由于其具有可定制的，有高精度設(shè)備以及靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。所以可以根據(jù)上述要求進(jìn)行可靠性評(píng)估。通過(guò)對(duì)以上內(nèi)容分析可知：（1）對(duì)于絕緣子串接頭來(lái)說(shuō)的話(huà)需要考慮到其抗污能力和承受外力沖擊這兩方面因素。而針對(duì)柜體結(jié)構(gòu)來(lái)講的話(huà)還得考量它是否能長(zhǎng)期正常運(yùn)行并具備一定的壽命周期問(wèn)題，因此變電站中所使用的所有智能化設(shè)備都要根據(jù)自身具體情況來(lái)進(jìn)行選擇。（2）智能化設(shè)備的可靠性評(píng)估主要是依據(jù)其本身的性能指標(biāo)以及運(yùn)行參數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而這些數(shù)據(jù)又不能直接拿來(lái)作為整個(gè)變電站系統(tǒng)可靠度分析和評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)時(shí)重要參考。（3）如果因?yàn)橐馔馇闆r而導(dǎo)致故障發(fā)生的話(huà)就會(huì)對(duì)整個(gè)變電站系統(tǒng)造成很大影響。（4）當(dāng)我們使用的是基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信原理來(lái)實(shí)現(xiàn)信息交互、數(shù)據(jù)共享及遠(yuǎn)程控制等功能后所進(jìn)行開(kāi)發(fā)完成并達(dá)到智能化水平之后才可投入使用運(yùn)行，因此對(duì)于這些設(shè)備的可靠性評(píng)估是相當(dāng)有必要且非常重要的環(huán)節(jié)之一。

4 、智能化變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫的必要性

在變電站的運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜和變壓器是一個(gè)重 要組成部分。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，其結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越 復(fù)雜。傳統(tǒng)的定、壓接觸器式測(cè)溫儀表由于體積大、精度低等缺陷一直未能得到很好解決。而智能化儀器設(shè)備具有較高測(cè)量速度以及較大范圍度地采集現(xiàn)場(chǎng)信息并進(jìn)行處理與顯示功能。同時(shí)它還可以根據(jù)不同條件下對(duì)變 電站內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)變化做出快速響應(yīng)，以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行要求變電站的絕緣材料。在發(fā)展過(guò)程中，隨著技術(shù)進(jìn)步以及市場(chǎng)需求，其性能也不斷提高。其中開(kāi)關(guān)柜、變壓器和終端等設(shè)備是一個(gè)重要組成部分。為保證供電安全、穩(wěn)定，有必要對(duì)開(kāi)關(guān)柜、變壓器等重要部分進(jìn)行測(cè)溫。

四、智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫應(yīng)用技術(shù)研究

1 、智能化變電站在線(xiàn)測(cè)溫影響因素

在智能化變電站中，測(cè)溫影響因素有許多，其中包括主變壓器、高壓開(kāi)關(guān)柜及母線(xiàn)的溫度。（1）主變壓器。其主要功能是將電能傳輸?shù)讲煌妷旱燃?jí)。對(duì)于大型電力系統(tǒng)而言一般都設(shè)置專(zhuān)門(mén)配電室來(lái)負(fù)責(zé)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行升壓和降負(fù)荷。而小型發(fā)電廠則通常也需要配置專(zhuān)用

設(shè)備以保障正常供電需求以及降低成本等要求，在變電站中安裝相應(yīng)數(shù)量不一樣類(lèi)型的測(cè)溫模塊可以有效地提高測(cè)量精度與可靠性。（2）母線(xiàn)。母線(xiàn)上的電壓、電流等參數(shù)都會(huì)對(duì)變電站中測(cè)溫模塊產(chǎn)生影響，其中，主變壓器是主要設(shè)備之一。（3）電纜導(dǎo)體。其不僅能將電能通過(guò)時(shí)效性較差地區(qū)配電線(xiàn)送至用戶(hù)或者直接傳輸?shù)酵ㄐ沤K端或進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送電力信號(hào)等功能外還能夠?qū)崿F(xiàn)信息交換和數(shù)據(jù)共享等作用。因此我們可以認(rèn)為智能化變電站中測(cè)溫模塊、控制與保護(hù)都需要有相應(yīng)的技術(shù)支持而在這些模塊中，電纜的連接方式也同樣需要有相應(yīng)技術(shù)支持，同時(shí)還應(yīng)該具有良好耐壓性、抗震性能等。

2 、智能化變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫原理

（1）高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的工作原理：基于無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先通過(guò)無(wú)線(xiàn)溫度傳感器感測(cè)設(shè)備表面溫度，然后通過(guò)電磁波將溫度信號(hào)傳輸至無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)儀，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)儀連接至中心監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫。

（2）無(wú)線(xiàn)溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)的高壓設(shè)備溫度測(cè)量技術(shù)相比，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器具有如下的優(yōu)勢(shì)。

安全性高：它通過(guò)采用先進(jìn)的數(shù)字溫度傳感器，避免了傳感器輸出模擬信號(hào)的傳輸受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾。

可靠性高：通過(guò)采用先進(jìn)的擴(kuò)頻通訊、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)，有效地保證了數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)目煽啃?。另外，無(wú)線(xiàn)射頻傳感技術(shù)不受震動(dòng)以及外界灰塵的影響，測(cè)溫精度高。

智能化水平高：在常規(guī)模式下，溫度值以分鐘間隔進(jìn)行采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致溫度升高到報(bào)警閾值或溫度升速增快時(shí)，溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入快速反應(yīng)狀態(tài)，持續(xù)以秒為間隔密集采集溫度并傳輸報(bào)警，從而避免錯(cuò)過(guò)任何可能的溫升事故。

（3）安裝方便：無(wú)線(xiàn)溫度傳感器體積小、沒(méi)有接線(xiàn)，可以很方便地安裝在開(kāi)關(guān)觸頭、電纜接頭等安裝空間狹小的被測(cè)點(diǎn)上。

（4）免調(diào)試：通電即可使用，無(wú)需調(diào)試，特別適合停電時(shí)間短、安裝工期緊的改造項(xiàng)目。

五、智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫應(yīng)用

1、高壓開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)測(cè)溫方法分析

（1）蠟片測(cè)溫法

石蠟片的顏色會(huì)隨溫度的變化而變化，因此，可利用石蠟片來(lái)測(cè)量高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度。具體方法是，將石蠟片粘貼于設(shè)備連接部位，根據(jù)其顏色來(lái)判斷被測(cè)溫度，這種方法由于原理簡(jiǎn)單、成本低廉而獲得廣泛應(yīng)用。但其需要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷溫度，因而準(zhǔn)確率和可靠性比較低，另外也不能進(jìn)行定量測(cè)量和實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。而且，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭等易發(fā)熱部位因?yàn)樵谶\(yùn)行時(shí)幾乎看不見(jiàn)而無(wú)法測(cè)量。

（2）熱紅外測(cè)溫技術(shù)

基于熱紅外的高壓開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫是利用紅外測(cè)溫槍、紅外成像儀及紫外成像儀等熱感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行非接觸式測(cè)溫。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，準(zhǔn)確度較高，可靠性較好，但是設(shè)備儀器昂貴，且需大量人力進(jìn)行定期巡測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。

另外，由于高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部件處于高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)及密閉的運(yùn)行環(huán)境中，測(cè)溫石蠟片、熱紅外測(cè)溫等常規(guī)的測(cè)溫方式已無(wú)法實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)部件溫度測(cè)量。目前，基于無(wú)線(xiàn)溫度傳感技術(shù)的高壓供電設(shè)備溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是克服上述問(wèn)題的一個(gè)比較理想的解決方案。

圖2　開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫

2、高壓柜內(nèi)靜觸頭和高壓斷路器動(dòng)觸頭測(cè)溫

在高壓電氣設(shè)備中，靜觸頭和斷路器的主要作用是實(shí)現(xiàn)分、合，閘。因此為了保證高壓用電設(shè)備可靠工作就對(duì)其進(jìn)行測(cè)溫。隨著電力電子技術(shù)不斷發(fā)展及應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬泛到各行各業(yè)之中后被廣泛采用，而電子設(shè)備所需承受電壓升高量也在成倍增長(zhǎng)著且要求電氣

設(shè)備能夠絕緣正常的使用壽命才能讓它安全、高效運(yùn)行使用，所以高壓開(kāi)關(guān)柜上的靜觸頭和斷路器在結(jié)構(gòu)、尺寸及保護(hù)方面就有了更高的要求，其測(cè)溫就是要對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)控。

圖3　高壓斷路器動(dòng)觸頭、母排無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

六、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)RS 485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：

.       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(xiàn)：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線(xiàn)。

.       運(yùn)行報(bào)表：查詢(xún)及打印各測(cè)溫點(diǎn)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(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)。

七、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，主要研究了變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫的技術(shù)。通過(guò)對(duì)智能化變電站系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析了影響其溫度變化原因，闡述了無(wú)線(xiàn)測(cè)溫的重要性，并列舉了無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)在智能變電站中的實(shí)際應(yīng)用。相信無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)在未來(lái)得到更廣泛應(yīng)用。

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