基于無線測溫的熱缺陷檢測系統(tǒng)在35kV開關(guān)柜中的應用[圖]

摘要：介紹了熱缺陷檢測系統(tǒng)的技術(shù)原理、功能。對內(nèi)蒙古某變電站35 kV開關(guān)柜熱缺陷檢測系統(tǒng)的應用情況進行了分析,將測溫傳感器安裝到帶電物體表面,直接測量帶電物體的溫度,能夠在設計距離內(nèi)通過非接觸手段獲得監(jiān)測節(jié)點的溫度數(shù)據(jù),實現(xiàn)對高壓開關(guān)柜中斷路器觸頭和電纜接頭溫度的實時監(jiān)測。系統(tǒng)的應用可有效監(jiān)測并預警開關(guān)柜的發(fā)熱故障,經(jīng)濟效益顯著。

近年來，內(nèi)蒙古電網(wǎng)的高壓開關(guān)柜在高負荷運行過程中，局部過熱、超溫等現(xiàn)象時有發(fā)生，導致運行中高壓開關(guān)柜故障。部分故障是因開關(guān)柜本身存在質(zhì)量問題引起的，更主要的原因在于針對高壓開關(guān)柜的監(jiān)測缺乏有效的手段。

目前，內(nèi)蒙古電網(wǎng)內(nèi)各供電局和發(fā)電企業(yè)對高壓開關(guān)柜的檢測大多基于人工巡檢，采用手持式紅外測溫儀獲取開關(guān)柜內(nèi)的溫度數(shù)據(jù)。由于密閉式高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)相對復雜，元件間互有遮擋，紅外測溫儀往往無法測得準確的溫度數(shù)據(jù)，且人工方法不能實現(xiàn)及時監(jiān)測和提前預警，一旦出現(xiàn)問題將引起設備嚴重損壞和停電事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會影響。

1 高壓開關(guān)柜測溫方式

1.1 現(xiàn)有的測溫方式

針對人工巡檢的不足，各科研院所和生產(chǎn)廠家開發(fā)了一系列新型的高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測裝置，一定程度上克服了人工巡檢的弱點。根據(jù)測溫原理，大致可以分為以下幾類。

1.1.1 傳統(tǒng)接觸式測溫

采用傳統(tǒng)的接觸式溫度傳感器（熱電偶、集成溫度傳感器等）測溫，傳感器信號處理電路安裝在高壓母線上，電源通過感應線圈從高壓母線獲得，通過金屬導線傳輸信號。

1.1.2 紅外探頭測溫

在開關(guān)柜柜體安裝若干紅外測溫探頭，通過接收電觸頭的紅外輻射信號來確定其溫度。

1.1.3 光纖測溫

在電觸頭表面貼裝光纖溫度傳感器，通過光纜連接到安裝于柜體的光纖解調(diào)器，由光纖解調(diào)器輸出對應的溫度數(shù)據(jù)。

1.1.4 無線測溫

基于無線測溫的熱缺陷檢測系統(tǒng)集計算機、通信、抗電磁干擾、數(shù)字傳感及工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)于一體，系統(tǒng)由無線溫度傳感器（探頭）、測溫通信終端、測溫工作站及測溫管理中心組成（見圖1）。

圖1 開關(guān)柜熱缺陷檢測系統(tǒng)拓撲圖

系統(tǒng)將無線溫度傳感器直接安裝在高壓觸點上，通過無線傳輸技術(shù)將信號傳送至無線接收終端，接收裝置經(jīng)信號處理解碼后將溫度數(shù)據(jù)傳送至主控計算機管理裝置進行分析處理。管理裝置自動生成監(jiān)測點指定時間段的溫度變化趨勢、歷史事件統(tǒng)計以及所需的曲線圖和數(shù)據(jù)表，供運行人員參考分析。

1.2 測溫方法比較分析

與熱缺陷檢測系統(tǒng)相比，其他幾種測溫方式具有以下的局限性。

（1）傳統(tǒng)接觸式測溫方式需要將溫度檢測器和獲取電源的感應線圈安裝于高壓母線上，溫度傳感器需要金屬導線傳輸信號，開關(guān)柜內(nèi)部空間狹小，安裝較為困難，且有可能減小開關(guān)柜內(nèi)部的絕緣凈距，無法保證絕緣性能的穩(wěn)定，因此不能在高壓開關(guān)柜內(nèi)的觸點和電纜接頭上使用。

（2）紅外探頭測溫方式容易受開關(guān)柜內(nèi)部元件對紅外輻射光路遮擋的影響，不能準確測得觸頭溫度，不適用于配電裝置的在線測溫。

（3）光纖測溫方式目前應用較多，光纖式溫度測量儀采用光纖傳遞信號，光纖具有易折、易斷、不耐高溫的缺點，在柜內(nèi)布線難度較大，且造價較高，施工和檢修困難，不適用于配電柜內(nèi)裝置測溫。

2 熱缺陷檢測系統(tǒng)的工作原理

2.1 無線溫度傳感器（探頭）

每個溫度探頭具有唯一的ID 號，無線傳感器發(fā)送被監(jiān)測點溫度的同時，也傳輸自身的ID 號，通過控制單元完成溫度探頭地址數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的發(fā)射輸出。傳感器與測溫終端之間采用無線連接，在復雜的高壓環(huán)境下不需增加額外線路，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護，也減少了對設備安全運行的影響。

2.2 無線接收終端

接收終端總體結(jié)構(gòu)見圖2 所示，主要包括無線接收模塊、控制模塊和電源模塊3 部分。其中無線接收模塊主要用于接收溫度探頭的無線發(fā)送數(shù)據(jù)；控制模塊主要用于完成數(shù)據(jù)接收、狀態(tài)管理、參數(shù)配置和數(shù)據(jù)更新等功能； 電源模塊主要負責將220 V交流電轉(zhuǎn)換為+9 V 直流電，分別給無線接收模塊和控制模塊供電。另外，為了消除高壓開關(guān)柜在事故發(fā)生瞬間產(chǎn)生的強烈干擾，必須在各環(huán)節(jié)的設計中增加抗干擾措施。

圖2 接收終端結(jié)構(gòu)

（1）變電站干擾信號的主要干擾信道在20kHz~30 MHz, 系統(tǒng)需避開這一頻帶的頻率，采用ISM 頻段作為工作頻率進行無線數(shù)據(jù)傳送。

（2）為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在通信碼流中增加校驗碼。