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淺談35kv高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用

2025-05-09 [278]

安科瑞劉邁

　　摘要：近年來，隨著電力市場(chǎng)需求的日益增長(zhǎng)，高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性也受到了人們的重視。本文著重介紹了35 kV高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用情況﹐介紹了技術(shù)特點(diǎn)和工作原理﹐對(duì)其在35 kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用進(jìn)行歸納，以及變電站的無(wú)源無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的運(yùn)用。

　　關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無(wú)線測(cè)溫；技術(shù)；應(yīng)用

　　0引言

　　隨著電力市場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需求不斷增加，對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求。在開關(guān)柜中廣泛采用新技術(shù)和新工藝，使得其可靠性得到了很大的提高。六氟化硫氣體具有良好的絕緣和消弧特性，在高壓開關(guān)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。全封閉高壓開關(guān)柜在長(zhǎng)時(shí)間的高負(fù)載下，其散熱性能不佳，容易導(dǎo)致熱聚集，溫度上升會(huì)對(duì)電器的絕緣性能產(chǎn)生不利影響；全封閉高壓開關(guān)柜不能觀測(cè)到動(dòng)觸點(diǎn)與柜內(nèi)靜接觸位置連接、接地刀閘分合等情況，不能對(duì)柜體內(nèi)部進(jìn)行溫度測(cè)量，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)高壓開關(guān)柜母排、電纜接頭的直接監(jiān)控，可以有效地降低由于過熱引起的火災(zāi)和大面積停電。

　　1高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用意義

　　電氣設(shè)備的導(dǎo)電連接部位松動(dòng)，刀閘、斷路器接觸松動(dòng)等，都會(huì)使設(shè)備的溫度聚集，使有關(guān)部件的性能惡化，從而引發(fā)導(dǎo)線的熔融、絕緣擊穿，嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全。隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)中的無(wú)人值守變電站將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)變電站內(nèi)的各種信息進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，但目前變電站對(duì)主要設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)還處在初級(jí)階段，監(jiān)控范圍小，尤其是在密閉設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)中，更是處于“盲區(qū)"，技術(shù)水平也比較落后。目前變電所的高壓設(shè)備基本上都是封閉的，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是不可能的，有些裝置還采取了開孔和紅外線測(cè)溫器的方法，但其缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)地收集和發(fā)送數(shù)據(jù)，對(duì)電力系統(tǒng)的絕緣性能有很高的要求；不能直接附著在高壓帶電裝置上，精度低需要檢查，還需要人在現(xiàn)場(chǎng)才能顯現(xiàn)效果，并且只適合于裸露的設(shè)備；但是，該模型的安全性更高。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法不能滿足無(wú)人值守站對(duì)主要設(shè)備的關(guān)鍵位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。研制一套適用范圍廣、安全可靠的測(cè)溫系統(tǒng)，對(duì)重要設(shè)備（尤其是密閉裝置）的關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，采取措施，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。

　　2 35kV高壓開關(guān)柜常用幾種無(wú)線測(cè)溫傳感器的原理及技術(shù)特點(diǎn)

　　2.1無(wú)線測(cè)溫的原理

　　無(wú)線測(cè)溫的基本原理是：溫度傳感器、紅外溫度傳感器、半導(dǎo)體傳感器、表面溫度傳感器、被動(dòng)無(wú)線傳感器。熱敏傳感器的工作原理是，電阻會(huì)隨著溫度的變化而變化，熱敏電阻具有高度敏感性，可以很容易地檢測(cè)溫度變化；缺點(diǎn)是，阻值非線性，溫度范圍要求嚴(yán)格，元件易老化，使用壽命相對(duì)較短，隨著使用年限的縮短，精度及穩(wěn)定性也會(huì)下降。紅外溫度計(jì)的特點(diǎn)是無(wú)接觸式，不干擾被測(cè)物的狀態(tài)；其不足之處在于易受溫度、濕度、輻射等因素的影響。半導(dǎo)體傳感器的精度較高，但與熱敏電阻器相比，它的反應(yīng)時(shí)間要比熱敏電阻器慢。半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)勢(shì)在于安全性高，識(shí)別精度高，可靠性更高。它的特點(diǎn)是采用被動(dòng)式測(cè)溫，采用無(wú)線傳輸?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜溫度的測(cè)量。其優(yōu)點(diǎn)是體積較小，能耗低，但其缺點(diǎn)是訊號(hào)傳送距離較短，而且傳送時(shí)不能有障礙物，若受測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)位移或振動(dòng)，則會(huì)造成相位的改變，從而影響溫度測(cè)量的精度。被動(dòng)式無(wú)線感應(yīng)器采用能源采集方式來獲取感應(yīng)器所需的能源，摒棄了電池與常規(guī) CT的取電方式。利用等電位法實(shí)現(xiàn)了高壓電網(wǎng)的安全性和可靠性， EH技術(shù)具有循環(huán)、低能耗等特點(diǎn)，是未來無(wú)線溫度測(cè)量的發(fā)展方向。

　　2.2該測(cè)溫的技術(shù)特點(diǎn)

　　以下是關(guān)于無(wú)源無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)的技術(shù)特性，即當(dāng)母排經(jīng)過交流電時(shí)，會(huì)在母排附近形成一個(gè)交變磁場(chǎng)，通常這些磁場(chǎng)會(huì)被釋放到空氣中，不能被利用。現(xiàn)在，主排上安裝一條特殊的金屬條，可以讓磁場(chǎng)中的能量在金屬條流動(dòng)，而在金屬條上則有一個(gè)線圈，當(dāng)電流聚集到一起時(shí)， MCU就會(huì)釋放出足夠的電流，然后再用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將熱量傳遞給 MCU。該傳感器采用了原來沒用的交流磁場(chǎng)，為 MCU提供能量，使其在不使用電池的情況下，可以長(zhǎng)時(shí)間的工作，使用壽命超過10年，而且基本不需要維修。與一般的硅鋼片不同，硅鋼片有一條直線，一次電流和二次電流呈線性關(guān)系，當(dāng)一次電流很大時(shí)，二次電流會(huì)被大量的二次電流所吸收，導(dǎo)致二次電流無(wú)法釋放，造成危險(xiǎn)。被動(dòng)式無(wú)線傳感器采用一種特別的合金，其線性范圍很小，磁場(chǎng)迅速達(dá)到飽和狀態(tài)，初級(jí)電流持續(xù)上升，電流幾乎沒有增長(zhǎng)，因此不需要加熱設(shè)備，也不會(huì)產(chǎn)生渦流和溫度上升。

　　被動(dòng)式無(wú)線溫度計(jì)，其體積較小，安裝完畢后，其高度與動(dòng)接觸鐵環(huán)之高﹐基本不會(huì)對(duì)絕緣距離產(chǎn)生任何影響，也不會(huì)影響電力裝置的安全性。被動(dòng)式無(wú)線感應(yīng)器的訊號(hào)要從開關(guān)柜里傳出，相隔二十多米遠(yuǎn)，所以沒有在開關(guān)柜里裝任何接收裝置，也沒有電纜﹐也沒有天線﹐只有一個(gè)感應(yīng)器，不會(huì)對(duì)電器安全產(chǎn)生任何影響。目前，我國(guó)的無(wú)線傳感設(shè)備大多采用高精度的進(jìn)口數(shù)碼傳感元件，且都是采用接觸式溫度測(cè)量。該傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)熱點(diǎn)附近的溫度變化的快速測(cè)量，使其精度得到很高的提高。所有的資料傳送程序都要經(jīng)過檢查﹐檢查出的資料都會(huì)被刪除﹐所以不會(huì)由于傳送而產(chǎn)生有誤差的溫度。小型，可裝于動(dòng)觸頭、靜觸頭、變壓器進(jìn)出線、刀閘等部位，一種多個(gè)傳感器的安裝形式，為施工提供了便利。

　　所有的傳感器的出廠號(hào)碼都是固定的，只需要在接收設(shè)備上進(jìn)行匹配就可以，不需要進(jìn)行前期的協(xié)調(diào)，也不需要專門的維修和替換。傳感系統(tǒng)使用頻分多址技術(shù)，各感應(yīng)器使用相同的波段進(jìn)行通信，所需的波段不會(huì)超過20 ms。被動(dòng)式無(wú)線測(cè)溫傳感器與其它環(huán)境溫濕度、帶電顯示、抽濕機(jī)、位移傳感器等傳感器均使用相同的通訊架構(gòu)，能共用一個(gè)單一的接收裝置，方便日后安裝傳感器收集其它物理量。同時(shí)，還集成了 MODBUS、61850等標(biāo)準(zhǔn)接口，可實(shí)現(xiàn)與其它廠商的通信。為其它平臺(tái)的資料分享，提供各種不同的分享界面。具有RS485通信接口、 TCP/IP通信接口、RS232通信接口。為方便用戶使用﹐有多種顯示接口﹐有分別的開關(guān)柜和變電所的顯示接口，并能將全省的資料集中在伺服器上。被動(dòng)式無(wú)線溫度計(jì)克服了電池供電不足的缺點(diǎn)，提供更多的電力，所以即使是在較高的溫度下，也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。溫度范圍為-45~125攝氏度，目前廠商仍在不斷改進(jìn)，未來的溫度將會(huì)在-45~135攝氏度之間。

　　3無(wú)源無(wú)線測(cè)溫技術(shù)在35kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

　　為改善變電所的維修工作，及時(shí)解決高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題，選用了無(wú)線溫度測(cè)量系統(tǒng)。按有關(guān)規(guī)定，結(jié)合實(shí)際條件對(duì)35 kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、測(cè)試，收集資料、分析，驗(yàn)證了該系統(tǒng)是可靠、實(shí)用的。采用無(wú)線測(cè)溫技術(shù)后，變電所對(duì)35 kV高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題進(jìn)行有效的控制，保證了供電安全。

　　4安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

　　4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過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、可靠性和開放性都得到了很大地提高。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。

　　適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、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)。