淺談無線測溫系統(tǒng)在智能化變電站10kV高壓開關柜的應用

淺談無線測溫系統(tǒng)在智能化變電站10kV高壓開關柜的應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著智能電網的建設，變電站也得到了廣泛地應用,為電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定、可靠運行創(chuàng)造條件。而在智能化高壓開關柜中對實時性和可靠性要求較高?；诖?，首先介紹了智能化變電站基本功能，接著講述了智能化變電站系統(tǒng)運行基本要求，強調智能化變電站無線測溫技術的重要性，末尾講述了智能化變電站10kV高壓開關柜無線測溫實際應用。

關鍵詞:智能變電站；高壓開關柜；測溫

一、引言

前我國電力系統(tǒng)正向著大電網、高可靠性、高自動化水平方向迅猛發(fā)展，電網運行自動化、智能化的監(jiān)控水平已成為我國電力系統(tǒng)發(fā)展的關鍵問題。高壓配電開關柜是配電系統(tǒng)中的重要設備，承擔著開斷和關合電力線路等重要作用，但在長期運行過程中，開關的觸點、母線及出線連接等部位因氧化腐蝕或因緊固螺栓松動等原因至使接觸電阻變大，在高負荷運行情況下，連接點發(fā)熱并形成惡性循環(huán)，且發(fā)熱點溫度無法監(jiān)測，導致連接部位溫度過高甚至燒毀，造成事故停電。因此，對高壓開關柜連接點的溫度變化進行實時監(jiān)測及預警是非常

必要的。

二、智能化變電站簡介

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字量，再通過數字電度表對其進行顯示與控制，這樣就實現(xiàn)了變電站內用高壓繞組中所需轉換電壓、高電流和大電流運行等功能。同時還可以根據需要在高壓柜上安裝相應保護裝置。隨著我國電網發(fā)展越來越進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成為我們國家現(xiàn)代化建設不可或缺組成部分之一。

2、智能化變電站主要特點

智能化變電站主要有以下特點：（1）操作方便。在運行環(huán)境下，當設備的某一參數發(fā)生了變化，其內部結構及工作狀態(tài)都會發(fā)生變化。例如溫度升高、電流變大等情況。同時也可以通過改變電路中元件的選型來調節(jié)系統(tǒng)參數，從而對整個電力網進行調控和管理，這樣所導致的反應速度比傳統(tǒng)變電站更快而且更加靈敏準確。（1）靈活性強。在設備運行時，當出現(xiàn)故障或發(fā)生突發(fā)狀況時智能化變電站就可以通過對內部故障進行分析和診斷，并及時采取有效的措施解決問題。（3）自動化程度高。在設備運行中如果有突發(fā)問題發(fā)生時，個系統(tǒng)都會被保護裝置自動斷開、切斷等操作以避免造成人員損傷或事故。同時也能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)控整個系統(tǒng)工作狀態(tài)及溫度變化過程等功能都是這樣所導致得反應速度更快準確度更高且更加靈敏性更強。

圖1智能變電站結構示意圖

3、變壓器測溫理論基礎

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

三、智能化變電站運行基本要求

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：站內綜合管理、繼電保護和運行控制等。（1）站內綜合管理。智能化變電站通過對柜體進行監(jiān)控，實現(xiàn)主變壓器及設備故障分析與停電檢修工作，并及時向調度中心報告告警?？筛鶕娋W情況自動切換主接線或運維操作指令。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）繼電保護功能。當電網發(fā)生足以損壞設備或危及電網安全運行的故障時，使被保護設備快速脫離電網。對電網的非正常運行及某些設備的非正常狀態(tài)能及時發(fā)出警報信號，以便迅速處理，使之恢復正常。實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化和遠動化，以及工業(yè)生產的自動控制。（3）智能化。變電站的運行監(jiān)控功能。實現(xiàn)數據采集，操作控制，安全監(jiān)視，時間順序記錄，故障錄波和測距，人機聯(lián)系功能，數據處理與記錄，諧波分析與監(jiān)視等功能。

2、智能化變電站的性能指標

智能化變電站的性能指標包括：設備功能、系統(tǒng)配置及工作狀態(tài)等。（1）電氣設備參數。在變電所中，變壓器與用電裝置是一個非常重要的部分，其主要內容有主油管是否符合要求和高低壓側是否正常；高壓斷路器是不是能夠安全可靠地運行；配電網能否滿足調度計劃和繼電器檢修需求以及電壓質量指標等一些相關方面都需要考慮在內，這些方面對變電站進行測控、保護等。（2）系統(tǒng)參數。在變電所中，變壓器的功能是將電能轉換成符合要求的電壓和提供正常工作。其主要內容有降壓、升壓、配電網穩(wěn)定運行等。（3）系統(tǒng)配置參數及狀態(tài)指標智能化。變電站不僅能夠實現(xiàn)安全可靠供電，而且還能對設備進行合理地監(jiān)控管理與控制保護。

3、智能化變電站設備可靠性要求

在智能化變電站中，由于其具有可定制的，有高精度設備以及靈活性強等特點。所以可以根據上述要求進行可靠性評估。通過對以上內容分析可知：（1）對于絕緣子串接頭來說的話需要考慮到其抗污能力和承受外力沖擊這兩方面因素。而針對柜體結構來講的話還得考量它是否能長期正常運行并具備一定的壽命周期問題，因此變電站中所使用的所有智能化設備都要根據自身具體情況來進行選擇。（2）智能化設備的可靠性評估主要是依據其本身的性能指標以及運行參數來進行計算，而這些數據又不能直接拿來作為整個變電站系統(tǒng)可靠度分析和評價體系設計時重要參考。（3）如果因為意外情況而導致故障發(fā)生的話就會對整個變電站系統(tǒng)造成很大影響。（4）當我們使用的是基于網絡技術和通信原理來實現(xiàn)信息交互、數據共享及遠程控制等功能后所進行開發(fā)完成并達到智能化水平之后才可投入使用運行，因此對于這些設備的可靠性評估是相當有必要且非常重要的環(huán)節(jié)之一。

4 、智能化變電站無線測溫的必要性

在變電站的運行過程中，開關柜和變壓器是一個重 要組成部分。隨著電網規(guī)模擴大，其結構也變得越來越 復雜。傳統(tǒng)的定、壓接觸器式測溫儀表由于體積大、精度低等缺陷一直未能得到很好解決。而智能化儀器設備具有較高測量速度以及較大范圍度地采集現(xiàn)場信息并進行處理與顯示功能。同時它還可以根據不同條件下對變 電站內運行狀態(tài)和參數變化做出快速響應，以滿足電力系統(tǒng)安全經濟可靠運行要求變電站的絕緣材料。在發(fā)展過程中，隨著技術進步以及市場需求，其性能也不斷提高。其中開關柜、變壓器和終端等設備是一個重要組成部分。為保證供電安全、穩(wěn)定，有必要對開關柜、變壓器等重要部分進行測溫。

四、智能化變電站10kV高壓開關柜無線測溫應用技術研究

1 、智能化變電站在線測溫影響因素

在智能化變電站中，測溫影響因素有許多，其中包括主變壓器、高壓開關柜及母線的溫度。（1）主變壓器。其主要功能是將電能傳輸到不同電壓等級。對于大型電力系統(tǒng)而言一般都設置專門配電室來負責對電網進行升壓和降負荷。而小型發(fā)電廠則通常也需要配置專用

設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數量不一樣類型的測溫模塊可以有效地提高測量精度與可靠性。（2）母線。母線上的電壓、電流等參數都會對變電站中測溫模塊產生影響，其中，主變壓器是主要設備之一。而母線則在整個系統(tǒng)中是不可或缺的部分。（3）電纜導體。其不僅能將電能通過時效性較差地區(qū)配電線送至用戶或者直接傳輸到通信終端或進行遠距離傳送電力信號等功能外還能夠實現(xiàn)信息交換和數據共享等作用。因此我們可以認為智能化變電站中測溫模塊、控制與保護都需要有相應的技術支持而在這些模塊中，電纜的連接方式也同樣需要有相應技術支持，同時還應該具有良好耐壓性、抗震性能等。

2 、智能化變電站無線測溫原理

（1）高壓開關柜無線溫度傳感器的工作原理：基于無線測溫技術的高壓開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)首先通過無線溫度傳感器感測設備表面溫度，然后通過電磁波將溫度信號傳輸至無線溫度監(jiān)測儀，再通過網絡將無線溫度監(jiān)測儀連接至中心監(jiān)測計算機來實現(xiàn)無線測溫。

（2）無線溫度傳感器的優(yōu)點：與傳統(tǒng)的高壓設備溫度測量技術相比，無線溫度傳感器具有如下的優(yōu)勢。

安全性高：它通過采用先進的數字溫度傳感器，避免了傳感器輸出模擬信號的傳輸受到電場、磁場的干擾。

可靠性高：通過采用先進的擴頻通訊、數據糾錯、自適應調頻技術，有效地保證了數據無線傳輸的可靠性。另外，無線射頻傳感技術不受震動以及外界灰塵的影響，測溫精度高。

智能化水平高：在常規(guī)模式下，溫度值以分鐘間隔進行采集并傳輸到監(jiān)控中心，當發(fā)生突發(fā)事件導致溫度升高到報警閾值或溫度升速增快時，溫度測量節(jié)點將進入快速反應狀態(tài)，持續(xù)以秒為間隔密集采集溫度并傳輸報警，從而避免錯過任何可能的溫升事故。

（3）安裝方便：無線溫度傳感器體積小、沒有接線，可以很方便地安裝在開關觸頭、電纜接頭等安裝空間狹小的被測點上。

（4）免調試：通電即可使用，無需調試，特別適合停電時間短、安裝工期緊的改造項目。

五、智能化變電站10kV高壓開關柜無線測溫應用

1、高壓開關柜在線測溫方法分析

（1）蠟片測溫法

石蠟片的顏色會隨溫度的變化而變化，因此，可利用石蠟片來測量高壓開關柜的溫度。具體方法是，將石蠟片粘貼于設備連接部位，根據其顏色來判斷被測溫度，這種方法由于原理簡單、成本低廉而獲得廣泛應用。但其需要憑個人經驗來判斷溫度，因而準確率和可靠性比較低，另外也不能進行定量測量和實時在線監(jiān)測。而且，對高壓開關觸點、電纜接頭等易發(fā)熱部位因為在運行時幾乎看不見而無法測量。

（2）熱紅外測溫技術

基于熱紅外的高壓開關柜測溫是利用紅外測溫槍、紅外成像儀及紫外成像儀等熱感應設備進行非接觸式測溫。其優(yōu)點是測量范圍大，準確度較高，可靠性較好，但是設備儀器昂貴，且需大量人力進行定期巡測，無法實現(xiàn)溫度的實時在線監(jiān)測。

另外，由于高壓開關柜內部件處于高電壓、強磁場及密閉的運行環(huán)境中，測溫石蠟片、熱紅外測溫等常規(guī)的測溫方式已無法實現(xiàn)柜內部件溫度測量。目前，基于無線溫度傳感技術的高壓供電設備溫度實時監(jiān)測是克服上述問題的一個比較理想的解決方案。

圖2開關柜無線測溫

2、高壓柜內靜觸頭和高壓斷路器動觸頭測溫

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

設備能夠絕緣正常的使用壽命才能讓它安全、高效運行使用，所以高壓開關柜上的靜觸頭和斷路器在結構、尺寸及保護方面就有了更高的要求，其測溫就是要對其進行全方位綜合測控。

圖3高壓斷路器動觸頭、母排無線溫度傳感器

六、安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1、概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(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，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、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)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

2、應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

3、系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

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)內所有開關設備運行溫度狀態(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遠程查看數據。

溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

運行報表：查詢及打印各測溫點指定時間的溫度數據。

實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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。

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。

5、系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設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關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

七、結語

綜上所述，主要研究了變電站10kV高壓開關柜無線測溫的技術。通過對智能化變電站系統(tǒng)進行設計，分析了影響其溫度變化原因，闡述了無線測溫的重要性，并列舉了無線測溫技術在智能變電站中的實際應用。相信無線測溫技術在未來得到更廣泛應用。

參考文獻：

［1］ 陳惟杰. 智能化變電站10kV高壓開關柜無線測溫技術[J]. 石油石化物資采購, 2023(2):3.

［2］ 徐穎敏. 智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術研究[J]. 機電信息, 2013(9):2.

［3］ 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022年05版

審核編輯 黃宇