高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)控系統(tǒng)/高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.高壓開關(guān)柜實行溫度在線監(jiān)測的必要性：

  高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設備?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求越來越高，相應地對高壓開關(guān)柜的可靠性也提出了更高的要求。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設備技術(shù)的提高，10，35kV系統(tǒng)開關(guān)柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，由于開關(guān)柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標問題。開關(guān)柜的溫升超標，直接影響設備的安全穩(wěn)定運行，而且，過熱問題是一個不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產(chǎn)生很大的影響。目前，對電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜，嚴格遵守設備采購程序及技術(shù)政策，確保入網(wǎng)的開關(guān)柜都通過型式試驗，尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中，負荷通常都不會達到開關(guān)柜的設計滿容量，開關(guān)柜的溫升問題應該不會很突出，但是實際情況并不盡然。開關(guān)柜內(nèi)部實際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗測出的數(shù)據(jù)高。

2.高壓開關(guān)柜溫度過高的幾點原因：

(1)試驗測得數(shù)據(jù)通常在試驗室完成，持續(xù)時間不長，一般不超過8h，不具備溫升累積效應，不能等同于長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設備。

(2)不同金屬的膨脹效應不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多，尤其是螺栓型設備接頭，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變，也就是金屬在應力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實踐證明，當接頭處的運行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

（3）連接部位緊固螺栓壓力不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質(zhì)母線，彈性系數(shù)小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續(xù)增加不當?shù)膲毫Γ瑢斐山佑|面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導體接觸效果。

(4)選用的導體材料電導率不滿足要求，多數(shù)屬于導體原材料純度不夠。

(5)現(xiàn)場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂電力脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。

  現(xiàn)代社會對電能的依賴性*，用電密度越大的地區(qū)對電的依賴性越高，因而對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求。做為目前普遍使用的小車式開關(guān)柜由于斷路器與開關(guān)柜之間采用插頭聯(lián)接，當小車與開關(guān)柜因制造、運輸及安裝不良等都將引起觸頭接觸不良，接觸電阻增大，出現(xiàn)觸頭溫升過高，甚至燒毀停電，這些現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜如進線柜上尤為突出，且影響極大。電力系統(tǒng)高壓設備在長期運行過程中常出現(xiàn)表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動,觸點和母線排連接處老化等問題,造成設備過熱甚至出現(xiàn)嚴重事故.而開關(guān)柜內(nèi)有裸露高壓, 空間封閉狹小,無法進行人工巡查測溫,傳統(tǒng)的測溫方式都無法有效地解決這個問題. 無線測溫系統(tǒng)是將溫度傳感器安裝到開關(guān)柜內(nèi)的帶電接頭觸點上,在線測量該點溫度 后,以無線方式將數(shù)據(jù)上傳,集中顯示,并實現(xiàn)超溫報警.還可與電力自動化系統(tǒng)連接,用 戶在遠端監(jiān)視設備溫度運行狀態(tài),系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設備溫度異常,自動遠程報警,以便及時消 除事故隱患. 為避免此類事故的發(fā)生，開發(fā)一種能即時監(jiān)測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切(國外已有個別公司開發(fā)了這類產(chǎn)品)。

3.現(xiàn)有方案的比較

(1)普通測溫：常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫方式，需要金屬導線傳輸信號，絕緣性能不能保證。 我們的無線測溫系統(tǒng)具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度。

(2)紅外測溫：紅外成像儀無法透過柜門測量內(nèi)部設備，開關(guān)柜運行時必須關(guān)閉柜門，導致紅外方式無法測量。 我們的無線測溫系統(tǒng)溫度傳感器直接安裝到帶電物體的表面，可在封閉的柜體內(nèi)直接測量設備溫度后，以無線方式傳出。

(3)光纖測溫：光纖式溫度測溫儀采用光纖傳遞信號，其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折，易斷、不耐高溫。積累灰塵后易使絕緣性降低，且在柜內(nèi)布線難度較大，造價高。我們的無線測溫系統(tǒng)沒有復雜的引線，*絕緣，造價低廉。

5.軟件簡介 
1．可將采集到的溫度數(shù)據(jù)按所屬變電站、開關(guān)柜以及線路進行分別顯示，方便工作人員對每一級的情況進行掌控。還可將采集到的溫度數(shù)據(jù)以web的形式發(fā)布，供企業(yè)內(nèi)部參考使用。 
2．設有溫度報警閥值。如采集到的溫度數(shù)據(jù)高于此報警閥值，則在客戶端彈出報警窗口，提示工作人員采取必要措施。也可直接以短信通知相關(guān)人員。 
3．具有直接顯示實時溫度數(shù)據(jù)和高溫度數(shù)據(jù)的功能，也可查詢某個時間段的歷史數(shù)據(jù)，并繪制曲線，以圖形化的方式反映狀態(tài)量的變化情況。整個軟件簡單明了，直觀方便，并具有電子地圖、時間跟蹤及打印功能，記錄、備份十分方便。 
4．可通過軟件調(diào)節(jié)下位機和溫度傳感器的溫度報警閥值和測量時間。

6.技術(shù)特點分析

實時監(jiān)測高壓開關(guān)柜內(nèi)接點的運行溫度, 可確定觸點接頭處的過熱程度, 當發(fā)生超溫時, 系統(tǒng)就會發(fā)出 報警指示。溫度傳感器被安裝到開關(guān)柜內(nèi)的帶電觸頭上, 測溫通信終端負責收集開關(guān)柜內(nèi)所安裝的溫度傳感探頭的溫度數(shù)據(jù), 并將所收集的數(shù)據(jù)通過MODBUS 總線網(wǎng)絡傳到上位管理機, 通過上位計算機中的軟件對所 接收到的溫度數(shù)據(jù)進行分析, 發(fā)現(xiàn)超過警戒的溫度或探頭故障則即時報警。采用先進的數(shù)字化及無線傳輸技術(shù), *的絕緣性能, 使用方便經(jīng)濟。無線傳感器內(nèi)部經(jīng)過特殊工藝處 理, 溫度參數(shù)變化通過無線傳輸方式到測溫通信終端。接收到的溫度信號準確可靠。無論是安裝、運行、維 修都會高度安全、可靠。不會對一次設備產(chǎn)生任何干擾和影響。標準化設計, 可方便擴展與其它系統(tǒng)互連, 費 用低廉, 安裝靈活。從溫度信息采集到數(shù)據(jù)處理、 顯示、通信自成系統(tǒng), 可與電力系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)相連接, 也可和電力系統(tǒng)的局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)相連 接, 融入電力自動化綜合控制系統(tǒng)。

1）高壓隔離：實現(xiàn)高壓設備在線監(jiān)測，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個問題有兩個途徑：一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離?？臻g隔離，信號可由光傳送或無線電傳送，本系統(tǒng)采用無線信號傳送，它具有隔離*、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強、工作可靠等特點。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長的沿面爬電距離。

2）抗干擾措施：高壓開關(guān)柜運行在高電壓、大電流的狀態(tài)，系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)強烈的電磁暫態(tài)過程，這些都產(chǎn)生強電場、磁場及強電磁干擾，這對于微電子系統(tǒng)及微弱信號處理非常不利。為消除這些干擾，同時采用各種抗干擾技術(shù)：

1）在軟件設計上應用數(shù)字編碼、解碼技術(shù)，剔除干擾信號，并使用了軟件濾波技術(shù)

2）在硬件上采用金屬屏蔽，加強各級濾波消除高頻干擾。檢測器與測溫點處于同一電位，減少電場的影響。

3）采用ZIGBEE無線技術(shù)。ZIGBEE是一種搞可靠地無線通信方式：

物理層RF 通信鏈接

       直序擴頻采用高處理增益(DISSS)
       明晰的信道檢測
       對干擾能量進行檢測
       采用跳頻技術(shù)Frequency agility。
軟件協(xié)議抗干擾措施

        基于CRC的誤碼檢測/校正
        采取了避免沖突的策略CSMA/CA
        為固定帶寬的通信業(yè)務預留了的有保證的時隙
        發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接受方的確認，如出現(xiàn)問題進行重發(fā)
        保持數(shù)據(jù)包的及時傳輸Packet data freshness      
     3）供電方式：為消除強電場的影響，溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源不能從外部供給，只能由內(nèi)部產(chǎn)生，為此，在主導電回路上安裝一感應線圈作為電源。但由于開關(guān)柜工作電流變化很大，一般可達十幾倍，為保證感應線圈能提供較為穩(wěn)定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，適當選擇鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測器提供穩(wěn)定可靠的電源（正常工作范圍30A-2000A）。

4）每個溫度探頭具有*的ID：當無線傳感器發(fā)送被監(jiān)測點溫度的同時，把其自身的編號（ID號）也傳輸出來，這些數(shù)據(jù)終被傳輸?shù)接嬎銠C時，計算機根據(jù)事先在數(shù)據(jù)庫中保存的傳感器編號與安裝地點關(guān)系，自動確定各監(jiān)測點的溫度。
這一特點非常適合變電站具有大量監(jiān)測點的應用，提高了系統(tǒng)的自動化程度，減輕了人工測溫時的繁瑣手工記錄工作。 （2）無線溫度數(shù)據(jù)傳輸傳感器與測溫終端之間采用無線連接，不需要在復雜的電網(wǎng)環(huán)境下增加額外的線路，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護，又減少了對電網(wǎng)安全運行的影響，使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高。

5）每天24小時連續(xù)在線監(jiān)測：傳感器每隔一定時間（可以事先設定）主動及輪尋測量監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，計算機實時收集并記錄所有監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常立即報警。解決了試溫片、紅外等測溫方法需要人工到現(xiàn)場巡視、掃描造成延誤而引起的故障。

6）系統(tǒng)具有趨勢分析功能：對每個監(jiān)測點測得的溫度數(shù)據(jù)作長時間保存記錄，并實時進行分析。對溫度變化呈現(xiàn)逐步升高的監(jiān)測點，在溫度沒有達到上限值之前，事先進行預警，把故障消除在萌芽狀態(tài) 。

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