摘要：本文結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)中封閉式 10kv 高壓開(kāi)關(guān)柜的工程應(yīng)用需求，提出新型無(wú)源無(wú)線溫度傳感方法和開(kāi)關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，末尾結(jié)合變電站的掛網(wǎng)測(cè)試算例說(shuō)明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提高電網(wǎng)運(yùn)行部門(mén)的設(shè)備巡檢自動(dòng)化水平，加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備的安全管控，同時(shí)具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:無(wú)線測(cè)溫；在線監(jiān)測(cè)；開(kāi)關(guān)柜；傳感器技術(shù)
一、引言
如今，對(duì)變電站設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化監(jiān)控，部分溫度監(jiān)測(cè)裝置十分落后，部分溫度監(jiān)測(cè)裝置是定制完成的，用途相對(duì)狹窄。另外，當(dāng)前并沒(méi)有對(duì)測(cè)溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范，通用性不強(qiáng)，要實(shí)現(xiàn)電器元件的替換難度較高。因此，為了實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測(cè)，就需要結(jié)合公司現(xiàn)有的電站設(shè)備，對(duì)變電站關(guān)鍵部位溫度監(jiān)測(cè)需求進(jìn)行分析，研制出滿(mǎn)足變電站全自動(dòng)化溫度監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)。
二、封閉高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)分析
變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)是指通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)變電站關(guān)鍵部件的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以了解設(shè)備的溫度變化情況，并做好實(shí)時(shí)預(yù)警工作，以減少高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行事故的發(fā)生。因此，實(shí)時(shí)在線測(cè)溫具有以下兩種功能：一是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并做好應(yīng)急處理，減少事故發(fā)生；二是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的 24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控，減少人力消耗，降低運(yùn)行成本。高壓開(kāi)關(guān)柜在測(cè)溫技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性，運(yùn)行安全可靠。裝置需要在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于系統(tǒng)和裝置都需要達(dá)到兼容性和經(jīng)濟(jì)性的要求，方便系統(tǒng)后期的拓展。以上幾方面的要求需要對(duì)測(cè)溫環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)測(cè)溫方法及時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，找到適合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的測(cè)溫方法。
表 1 各種不同測(cè)溫方式比較表
比較項(xiàng)目
各種不同測(cè)溫方式比較
測(cè)溫貼片
紅外測(cè)溫
光纖光柵測(cè)溫
有源無(wú)線測(cè)溫
無(wú)源無(wú)線測(cè)溫
采集方式
貼片化
紅外非接觸
機(jī)械傳感器
電子傳感器
非接觸聲學(xué)傳感器
高壓側(cè)取電難易
--
--
--
困難
--
觀測(cè)局限性
只可直視
只可直視
受空間限制
無(wú)局限
無(wú)局限
溫度讀取
目測(cè)
紅外
光纖
無(wú)線
無(wú)線
在線監(jiān)測(cè)
否
否
是
是
是
智能報(bào)警
無(wú)
無(wú)
有
有
有,兩級(jí)報(bào)警
安裝難度
易
--
難
易
易
維護(hù)難易
難
--
較難
中等
簡(jiǎn)易
安全程度
高
高
低
中等,存在供電隱患
高
測(cè)溫精度
低
中
高
高
高
可靠性
低
中
中
中
高
表1可以看出，采用無(wú)源無(wú)線測(cè)溫技術(shù)，使 10kv 配網(wǎng)設(shè)備接點(diǎn)溫度能夠得到實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測(cè)。采用無(wú)線傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高低壓電子元器件的物理絕緣，有效避免電子元器件之間的光波產(chǎn)生。另外，無(wú)線傳感器的安裝十分便捷，無(wú)需通信電線，后期維護(hù)簡(jiǎn)單。無(wú)源無(wú)線測(cè)溫方式彌補(bǔ)了其他傳感方式的缺陷，是電力系統(tǒng)溫度傳感技術(shù)上一個(gè)新的突破，具有很強(qiáng)的技術(shù)創(chuàng)新性。
所以，本系統(tǒng)擬定采用無(wú)源無(wú)線的聲表面波溫度傳感器，減少線路改裝，提升安裝和維護(hù)效率。
三、10kv 開(kāi)關(guān)柜無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)框架分析
本系統(tǒng)擬定采用多變電站解決應(yīng)用，高壓設(shè)備無(wú)源無(wú)線溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)主要由采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)采用樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各級(jí)變電站的高壓室為第一層，在高壓室中的每個(gè)封閉式開(kāi)關(guān)柜內(nèi)安裝無(wú)源無(wú)線溫度傳感采集設(shè)備，主要包含 6 個(gè)無(wú)源無(wú)線溫度傳感器（感溫裝置）和 1個(gè)無(wú)線測(cè)溫終端機(jī)（終端設(shè)備）。其中 6 個(gè)傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點(diǎn)位置，如出線接頭、梅花觸頭、進(jìn)線接頭等，終端機(jī)安裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的低壓室內(nèi)。變電站為第二層，在每個(gè)變電站設(shè)置 1 個(gè)無(wú)線測(cè)溫前置機(jī)，收集來(lái)自各采集終端機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)打包通過(guò) ip 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至巡檢中心。巡檢中心為第三層，每個(gè)巡檢中心需配置 1 臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器，用來(lái)顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。如有需要，各巡檢中心還可將溫度信號(hào)發(fā)送至電力公司的主站服務(wù)器。系統(tǒng)的主站服務(wù)為第四層，可以為后臺(tái)服務(wù)人員提供準(zhǔn)確的溫度信息，方便及時(shí)作出安排處理。
鎧裝開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)備無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警和報(bào)警雙重設(shè)置，防范于未然，操作簡(jiǎn)單合理，數(shù)據(jù)顯示豐富全面，其以下功能主要通過(guò)第三
和第四層來(lái)實(shí)現(xiàn)：
（1）可以全天候監(jiān)測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜的溫度變化，及時(shí)作出缺陷判斷。
（2）可以保存電氣設(shè)備的歷史溫度值，方便后期對(duì)比和判斷。
（3）可以進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析并繪制圖表，方便查看。
（4）可以對(duì)溫度值進(jìn)行高溫預(yù)警，防范監(jiān)測(cè)。
四、無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)的應(yīng)用
1 、總體工程應(yīng)用思路
本文設(shè)計(jì)的無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關(guān)鍵設(shè)備上的溫度，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞給系統(tǒng)的核心部件。將這些核心部件的溫度收集完成后，系統(tǒng)設(shè)定算法對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并按照各個(gè)零部件預(yù)設(shè)的溫度設(shè)置實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。系統(tǒng)將分析得出的相關(guān)結(jié)論傳遞給設(shè)備運(yùn)維部門(mén)，設(shè)備運(yùn)維部門(mén)將根據(jù)系統(tǒng)傳遞的結(jié)果進(jìn)行綜合分析，并且制定設(shè)備運(yùn)維管理措施，減少設(shè)備故障次數(shù)和時(shí)間，提高配電運(yùn)行效率。。
2 、前期工程安裝
變電站總共有 8 個(gè)開(kāi)關(guān)柜，本次設(shè)計(jì)的無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括兩部分，一部分為傳感器，每個(gè)開(kāi)關(guān)柜設(shè)有 12 個(gè)溫控監(jiān)測(cè)點(diǎn)，合計(jì) 96 個(gè)溫度傳感器。另一部分為數(shù)據(jù)組網(wǎng)，溫度監(jiān)測(cè)裝置 16 臺(tái)、監(jiān)測(cè)主機(jī) 2 臺(tái)。將前期施工流程劃分為 7 個(gè)步驟，如表 2 所示，從施工前的碰頭會(huì)開(kāi)始，到前期準(zhǔn)備工作、安裝、調(diào)試、測(cè)試、到竣工驗(yàn)收，都有較為明確的施工標(biāo)準(zhǔn)，以確保無(wú)源無(wú)線溫度檢測(cè)系統(tǒng)安裝完成。
表 2 施工流程
步驟
內(nèi)容
備注
第一步
組織施工人員，分配施工人員的工作，技術(shù)交底，明確具體的工作職責(zé)
第二步
查看現(xiàn)場(chǎng)，了解柜體情況，明確打孔位置及距離，柜門(mén)及走線
第三步
確定溫度傳感器的安裝位置。每相 4 個(gè)，斷路器兩側(cè)各 1 個(gè)，線路側(cè)刀閘及出線電纜頭各 1 個(gè)
0kv 相間氣距離125mm
第四步
安裝傳感器。首先，用航空膠將傳感器殼體固定在母排上。然后，2 小時(shí)后用扎帶或者絕緣帶固定，防止脫落
第五步
安裝完畢，測(cè)試傳感器的溫度是否與實(shí) 時(shí)溫度一致
第六步
布主纜，將監(jiān)測(cè)主機(jī)電源線纜，信號(hào)線纜串聯(lián)并到主纜
第七步
測(cè)試分析儀軟件配置參數(shù)，編寫(xiě)組態(tài)軟件，系統(tǒng)整體調(diào)試，試運(yùn)行，組織驗(yàn)收
五、效益分析
（1）無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的投入使用，可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜的溫度進(jìn)行 7*24h 不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，防止因?yàn)殡姎庠O(shè)備溫度過(guò)高而造成電網(wǎng)故障。另外，該系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)報(bào)警功能，可以實(shí)現(xiàn)防范于未然，避免不可預(yù)估的損失產(chǎn)生。
（2）無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動(dòng)檢修”改變成為“主動(dòng)檢修”?？梢詾闋顟B(tài)檢修提供事前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，不斷提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和供電可靠性。當(dāng)前供電公司已經(jīng)對(duì)部分變電站的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行溫度在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“狀態(tài)檢修”提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。通過(guò)該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率，減少運(yùn)維人員工作量，提升供電運(yùn)行效率。
（3）本系統(tǒng)投入運(yùn)行后，就可以不用安排檢修人員進(jìn)行定期現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，并且能夠?qū)崟r(shí)了解設(shè)備運(yùn)行溫度，發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預(yù)警，可以減少設(shè)備運(yùn)行故障發(fā)生次數(shù)和時(shí)間，提高供電質(zhì)量，為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，也能夠保證用電企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。假設(shè)本系統(tǒng)投入使用后，每年減少 1 次停電檢修，檢修時(shí)間為 8h，出線間隔平均 300a 負(fù)荷電流（約 5mw），則本項(xiàng)目 8 個(gè)間隔，每年可以多供電8*5mw*8h=320mwh，以每 kwh 電量?jī)r(jià)值 0.6 元計(jì)算，則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約 19.2 萬(wàn)元，剛才計(jì)算的僅僅是本系統(tǒng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際生活生產(chǎn)過(guò)程中，本系統(tǒng)還能夠減少停電次數(shù)，提高供電質(zhì)量，為供電企業(yè)贏得較好的口碑和效益。
六、安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
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)rs 485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(hù)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。
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：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(xún)及打印各測(cè)溫點(diǎn)某時(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)。
七、結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合公司目前的電氣設(shè)備狀況，并且從開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫的傳感器技術(shù)、供能技術(shù)、通信技術(shù)等幾個(gè)角度進(jìn)行分析，確定采用無(wú)源無(wú)線在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文主要從研究開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)測(cè)溫方式進(jìn)行對(duì)比分析，制定符合高壓開(kāi)關(guān)柜的測(cè)溫方式并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)試，實(shí)施效果良好。本文就目前的推廣度進(jìn)行了分析，認(rèn)為通過(guò)系統(tǒng)的安全運(yùn)行可以帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡(jiǎn)介：陳芳芳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殚_(kāi)關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)