安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國經(jīng)濟社會的飛躍式發(fā)展，我國經(jīng)濟增長與電力增長形成了一個有機和無縫的連接?，F(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢逐漸轉(zhuǎn)向為大電網(wǎng)，這就對可靠性以及自動化水平有了進一步的要求，同時也要求電網(wǎng)運行調(diào)控逐漸向自動化、智能化方向發(fā)展。開關(guān)柜作為配電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一，對其進行研究就顯得尤為重要。因此，文章針對目前國內(nèi)開 關(guān)柜發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題進行了淺要分析，探討了監(jiān)測溫度變化的重要性，提出了無線測溫技術(shù)的研究方向，并對未來開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了一定展望，以期為未來電力系統(tǒng)的良好發(fā)展奠定一定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜；無線測溫；技術(shù)研制；技術(shù)應(yīng)用

       我國是人口大國，對于電力有很大的需求，相應(yīng)對于電氣化設(shè)備的可靠運行也有進一步的要求。開關(guān)柜作為確保電能質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，保證其安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。 

       一般情況下，由于開關(guān)柜通常是密閉空間，當負荷增加以及長時間運行時，就容易發(fā)生內(nèi)部過熱的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致異常溫升。如果沒有及時發(fā)現(xiàn)并采取合理的措施進行干預(yù)，隨著時間的流逝，其溫升現(xiàn)象會越來越嚴重，開關(guān)柜內(nèi)絕緣件等設(shè)備的過熱程度會持續(xù)增加，不僅會影響使用壽命，而且會導(dǎo)致重大安全事故發(fā)生。此外，開關(guān)柜具有大電流的特點，這就引發(fā)了較為強烈的電磁輻射現(xiàn)象，進而導(dǎo)致測溫系統(tǒng)溫度監(jiān)測的不準確，從而無法及時掌握溫度變化情況。另外，由于通常溫度傳感器需要直接安置于高壓被測物體上，并且保證一定的安全距離，這就容易引起溫度測量誤差的問題，進而埋下安全隱患。

 

       開關(guān)柜發(fā)生故障的原因有很多，但究其根本還是由于開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)元件及線路長期處于大電流、高電壓工作狀況，且空間狹小不通風，強大電流容易導(dǎo)致其內(nèi)部溫升加劇，一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)問題并進行預(yù)防，很容易發(fā)生火災(zāi)等安全事故。因此，做好開關(guān)柜內(nèi)溫度監(jiān)測，避免發(fā)生過熱的現(xiàn)象，對于避免火災(zāi)等安全事故的發(fā)生具有十分重要的研究價值。

2.1溫度過高

       通常情況下，開關(guān)柜在正式應(yīng)用前會在實驗室內(nèi)進行試驗檢測，檢測時間通常為8小時。然而，在實際應(yīng)用中，開關(guān)柜通常需要長時間、不間斷運行，同時會持續(xù)性發(fā)熱，而溫升又是隨著時間不斷增加的，這就導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)無法滿足實際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)變化范圍。另外，雖 然我國自動化水平穩(wěn)步提升，但是對于開關(guān)柜這種電氣設(shè)備安裝，通常還需要具有較強專業(yè)技術(shù)知識的工作人員進行設(shè)計與安裝。在一定程度上，現(xiàn)場工作人員的違規(guī)操作也會導(dǎo)致溫升異常的情況發(fā)生。

2.2接頭故障

       開關(guān)柜在輸配電系統(tǒng)中承擔著重要角色，對于保護線路、監(jiān)測電量運行情況具有不可忽視的影響。然而隨著工作時長的不斷增加，不可避免地會出現(xiàn)線路老化的問題，同時在長期大電流的作用下，也會在一定程度上導(dǎo)致接觸電阻增加，引起局部放電、高壓泄漏現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象都容易引起開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)元件溫升現(xiàn)象愈發(fā)嚴重，從而引發(fā)線路、設(shè)備著火現(xiàn)象，導(dǎo)致開關(guān)柜被燒毀，引起重大安全事故的發(fā)生。

       無線測溫技術(shù)在開關(guān)柜內(nèi)的應(yīng)用具有十分明顯的優(yōu)勢，通過將溫度傳感器直接安裝于需要測量溫度的關(guān)鍵部分，之后通過溫度傳感器獲取實時溫度以及其他工作狀態(tài)信息，通過無線信號進行傳遞，同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲。根據(jù)溫度信息變化標準進行檢測，一旦發(fā)生問題，可以及時有效地進行報警，避免重大安全事故的發(fā)生。與此同時，通過對溫度變化情況進行對比分析，可以形成相關(guān)報表，以便更好地對開關(guān)柜的運行情況進行監(jiān)測。一方面可以解決開關(guān)柜內(nèi)空間狹小的問題，更好地安裝其他設(shè)備元件；另一方面可以提高監(jiān)測準確度，彌補人工操作的不足，減少人工巡視工作量，降低運維成本，對溫度異常情況進行更為及時的監(jiān)測，避免安全事故的發(fā)生。

3.1無線測溫技術(shù)與蠟片示溫法的比較

       顯而易見，蠟片示溫法就是在被測物體表面涂抹一層可隨溫度情況進行相應(yīng)顏色變化的發(fā)光材料，通過日常巡視，可以大致判斷開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)設(shè)備的溫升情況，避免重大安全事故的發(fā)生。然而這種方法精度很低，無法準確測量溫度情況，對于相關(guān)技術(shù)的研發(fā)不具有參考價值，且容易發(fā)生蠟片脫落的現(xiàn)象，需要大量的人力進行日常維護工作，運維成本非常高， 

不利于對其進行推廣應(yīng)用。與此相比，無線測溫技術(shù)十分的可靠，且無須進行日常巡視，降低了運維成本，具有很高的推廣使用價值。

3.2 無線測溫技術(shù)與常規(guī)測溫方法比較

       常見的測溫方法通常是通過溫度傳感器件進行溫度監(jiān)控，比如，熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體等，通過溫度傳感器進行信號的傳輸需要通過金屬導(dǎo)線作為介質(zhì)，這就導(dǎo)致無法保證其在開關(guān)柜的正常工作中可以具有穩(wěn)定的絕緣性能，因而無法應(yīng)用于開關(guān)柜的溫度監(jiān)測。與之相比，無線式測溫技術(shù)不需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，而是通過無線方式傳輸信號進行溫度監(jiān)測，這就避免了金屬導(dǎo)電的問題，很好地保證了開關(guān)柜內(nèi)元件的安全運行，因而可以直接應(yīng)用于開關(guān)柜內(nèi)，并對其溫度進行準確地實時監(jiān)測，避免安全事故的發(fā)生。

3.3 無線測溫技術(shù)與紅外測溫方法比較

      紅外線的使用通常需要將測溫裝置與被測物體間隔一定距離再進行測溫，這就需要一定的空間來安裝其設(shè)備，然而開關(guān)柜內(nèi)通常是密閉狹小空間，因此無法應(yīng)用該技術(shù)。此外，由于該段距離的存在，導(dǎo)致紅外線易受到周外環(huán)境因素的影響，無法確保溫度監(jiān)測的準確性，從而容易出工作疏漏的現(xiàn)象。與之相比，無線測溫技術(shù)通過將溫度傳感器直接安裝于被測物體表面，從而確保了溫度監(jiān)測的準確性。 

3.4 無線測溫技術(shù)與光纖測溫方法比較 

       光纖測溫方法通過將溫度傳感器檢測到的信號經(jīng)光纖傳遞到測溫設(shè)備上，確保了溫度測量的準確性并避免了導(dǎo)電的問題。然而開關(guān)柜內(nèi)空間狹小，并且設(shè)備元件復(fù)雜，線路多，這就給光纖的安置帶來了大的難度，同時光纖易受到環(huán)境的影響而發(fā)生斷裂，并且不耐高溫，都給其應(yīng)用帶來了一定的挑戰(zhàn)。與之相比，無線測溫技術(shù)的應(yīng)用可大限度地減少線路的布置，可以更好地對開關(guān)柜內(nèi)的空間進行應(yīng)用。 

3.5 開關(guān)柜測溫技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀 

       現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)通常嚴格按照國家電氣設(shè)備采購標準及設(shè)計規(guī)范安裝、使用開關(guān)柜，確保開關(guān)柜可以通過試驗驗證，特別是對于溫升現(xiàn)象的控制。在日常供電情況下，系統(tǒng)負荷通常不會與開關(guān)柜的設(shè)計滿容量相同，因此其溫升問題不會影響開關(guān)柜的正常運行。然而，在實際應(yīng)用過程中，開關(guān)柜內(nèi)部溫度變化情況，尤其是母排連接點等部分，其溫升數(shù)值往往超過試驗值。

       隨著我國科技化水平不斷提高，雖然開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用得到了進一步的完善與發(fā)展，并且電氣設(shè)備施工水平與施工人員專業(yè)素養(yǎng)也不斷增強，但是由于電壓等級越來越高，供電情況越來越復(fù)雜，開關(guān)柜內(nèi)溫升現(xiàn)象越來越嚴重，針對其測溫技術(shù)的相關(guān)研究尚不成熟，對于技術(shù)的掌握也不盡全，測溫技術(shù)與相關(guān)專業(yè)人員仍存在缺陷與不足，還遠未達到水平的要求。這就需要相關(guān)電力企業(yè)加快無線測溫技術(shù)的研發(fā)，并且結(jié)合工程實際情況，充分考慮多方面因素，不斷從實踐中積累經(jīng)驗。一方面推動先進無線測溫技術(shù)的研制，使其更好地與開關(guān)柜適配；另一方面鼓勵電力企業(yè)對相關(guān)技術(shù)進行應(yīng)用，并在使用過程中對其不斷改進，大限度地避免安全事故的發(fā)生，推動相關(guān)技術(shù)的大范圍應(yīng)用。 

3.6 開關(guān)柜無線測溫技術(shù)特點 

       短距離無線通信技術(shù)主要包括藍牙、紅外數(shù)據(jù)傳輸以及無線局域網(wǎng)。無線溫度傳感器采用的何種短距離無線通信技術(shù)，需要各電力單位在實際應(yīng)用中根據(jù)經(jīng)濟性、可靠性要求等因素選擇。無線測溫系統(tǒng)通常由溫度傳感器、顯示器以及監(jiān)測預(yù)警平臺組成，通過將無線溫度傳感器測量的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，經(jīng)過無線發(fā)射接收模塊傳遞到溫度顯示器和監(jiān)測預(yù)警平臺，后臺監(jiān)測設(shè)備根據(jù)信息進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)生溫度超過預(yù)設(shè)溫度的情況，就及時進行預(yù)警，發(fā)出警報。總之，無線測溫系統(tǒng)具有如下特點。

       由于安裝方式獨立，絕緣性好，可以大限度地避免大電流、高電壓對其造成的影響，因此對開關(guān)柜的安全運行沒有影響；可以直接測量開關(guān)柜內(nèi)元件溫度，且溫度傳感器精度高，因此可以更加準確地測量開關(guān)柜內(nèi)溫度變化情況；由于無線測溫裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，靈活性高，因此可以依據(jù)工程實際增加 

       監(jiān)測點的數(shù)量，進一步增加了開關(guān)柜運行的可靠性；由于無線測溫系統(tǒng)研制工作起步較早，因此具有優(yōu)良的操作平臺，且操作簡單，各功能的模塊化設(shè)計也方便了與其他裝置的連接，同時融入大數(shù)據(jù)平臺，可以更好地對溫度變化情況進行匯總收集，以便更好地對開關(guān)柜的性能進行升級優(yōu)化，因此具有很好的推廣價值；由于無線測溫系統(tǒng)體積較小，因此運行功耗較低，在確保溫度監(jiān)測水平可靠的前提下，可以更好地延長開關(guān)柜的使用壽命。

       除此之外，針對開關(guān)柜內(nèi)空間狹小、易發(fā)生溫現(xiàn)象的特點，在安裝無線測溫設(shè)備時需注意以下幾點：一是在安裝溫度傳感器時需選擇容易發(fā)生溫度變化的部分，比如，觸電或接頭位置；二是在安裝過程中要避免影響其他設(shè)備的正常工作，保證安全距離；三是在安裝溫度接收儀時也要根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用掛壁式或嵌入式，確保開關(guān)柜的供電可靠性。 

3.7 開關(guān)柜無線測溫技術(shù)發(fā)展前景 

       當前，隨著我國科技水平的迅速提升，無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用越來越多地引起國內(nèi)外專家學者的關(guān)注，同時也推動了電力企業(yè)對其進行更為廣泛的研究與開發(fā)，目前已有多種在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)柜的溫度檢測中。無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用大多針對開關(guān)柜中的關(guān)鍵部分，對其進行溫度的實時檢測與長期監(jiān)測，避免發(fā)生溫度過高現(xiàn)象，同時對其工作狀態(tài)進行監(jiān)測，避免發(fā)生重大安全事故。

       通常情況下，無線測溫技術(shù)在開關(guān)柜中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)勢，其緊湊小巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計對開關(guān)柜原設(shè)計的影響非常小，因此安裝方便且施工成本低；其簡單的結(jié)構(gòu)又降低了制造成本，因而可以大規(guī)模、廣泛地應(yīng)用于開關(guān)柜中；另外，其可靠的監(jiān)測性能進一步提升了其應(yīng)用前景。保證電網(wǎng)安全運行是一個系統(tǒng)工作，需要各個環(huán)節(jié)緊密配合，做好權(quán)責分工。同時，電網(wǎng)安全又是社會生產(chǎn)、人們生活與工作得以順利進行的基礎(chǔ)，對國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展起著不可忽視的影響，因此，提升開關(guān)柜的運行穩(wěn)定性，確保用電、供電安全是電力行業(yè)首要考慮的關(guān)鍵問題。由此可見，開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用具有十分廣泛的前景。

4.1概述

       電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(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，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

       Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴重故障發(fā)生。

4.2應(yīng)用場所

       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、機場、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。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

 

4.4系統(tǒng)功能

       測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(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)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

 

3）運行報表：查詢及打印各測溫點規(guī)定時間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

 

4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

       綜上所述，開關(guān)柜內(nèi)的導(dǎo)線連接處易發(fā)生溫升問題，影響因素是多方面的，這就要求相關(guān)電力單位做好無線測溫技術(shù)的研制與應(yīng)用工作，保證供電可靠性，降低人工巡視成本，保障電力設(shè)備運行安全，大限度地避免安全事故的發(fā)生

[1]崔金奇．10kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)分析[J]．通信電源技術(shù)，2020,37(5):45-46.

[2]崔士剛，郝建國，劉忠洋.開關(guān)柜無線測溫技術(shù)研制與應(yīng)用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版．