10kV 高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)特性研究及變電站場(chǎng)景設(shè)備選型

安科瑞 宣依依

　　摘要：高壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，在發(fā)電、輸電、電能轉(zhuǎn)換以及消耗過(guò)程中，起著通斷、控制和保護(hù)作用。作為一種關(guān)鍵的電氣設(shè)備，高壓開(kāi)關(guān)柜能否安全運(yùn)行，關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。本文就主要對(duì)智能化變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

　　關(guān)鍵詞：智能化變電站；10kV高壓開(kāi)關(guān)柜；測(cè)溫技術(shù)

　　1在線測(cè)溫的作用

　　由于高壓開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)上具有通用性，不管是XGN還是KYN型開(kāi)關(guān)柜，不同廠家配置的設(shè)備在架構(gòu)上基本保持一致的，而在配置、功能和結(jié)構(gòu)上也是很相似的，所以在開(kāi)關(guān)柜的發(fā)熱方面有許多規(guī)律可循。

　　通過(guò)認(rèn)真分析開(kāi)關(guān)柜實(shí)際的發(fā)熱情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱故障主要出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)刀閘接頭和電纜接頭。因此開(kāi)關(guān)柜的測(cè)溫只需要將注意力集中在某些關(guān)鍵點(diǎn)就可以了，其他部分關(guān)注度可以少一些，當(dāng)溫度升高時(shí)，及時(shí)并且正確地監(jiān)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的變化，在溫度超過(guò)允許的限度之前要發(fā)出警告，確保運(yùn)行維護(hù)單位有充分的時(shí)間準(zhǔn)備，并且及時(shí)采取正當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施避免事故的發(fā)生。

　　2 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫的特點(diǎn)

　　2.1非接觸式的測(cè)溫技術(shù)難以滿足要求

　　以當(dāng)前應(yīng)用較多的XGN型及KYN型開(kāi)關(guān)柜為例，其內(nèi)部包含斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、CT以及電纜頭等電氣元件。為避免因積污和受潮引起污閃事故，同時(shí)也為了避免小動(dòng)物誤入造成短路，高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的導(dǎo)電部位常會(huì)進(jìn)行絕緣熱縮包封，即開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部需要進(jìn)行測(cè)溫的部位幾乎都被絕緣體包裹，使得紅外測(cè)溫技術(shù)難以發(fā)揮作用。

　　2.2測(cè)溫裝置需要進(jìn)行高壓絕緣

　　10kV高壓開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行狀態(tài)下，其額定電壓為10kV，測(cè)溫裝置裝設(shè)于測(cè)溫點(diǎn)的帶電設(shè)備上，而溫度信號(hào)的接收裝置則在開(kāi)關(guān)柜的柜體上或者柜體外，這就意味著測(cè)溫裝置與接收裝置之間要進(jìn)行高壓隔離，同時(shí)還不能對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電氣元件的安全距離造成影響。這可以說(shuō)是開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐需要解決的首要問(wèn)題，也是影響在線測(cè)溫技術(shù)發(fā)展的重要原因。

　　2.3不能影響到開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件的性能

　　10kV高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部很多電氣元件都需要根據(jù)運(yùn)行方式來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分合操作，如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等。這就要求在線測(cè)溫裝置的安裝與工作不能對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件的工作性能造成影響。

　　2.4要能適應(yīng)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境

　　由于目前應(yīng)用的10kV高壓開(kāi)關(guān)柜都為全密封結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)不佳，溫度較高；再加上高壓開(kāi)關(guān)柜的工作電流都在數(shù)百安培，又處于變電站這種電磁干擾較為嚴(yán)重的環(huán)境中，因此要求在線測(cè)溫技術(shù)要具有良好的抗干擾能力，能保證測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的可靠性。

　　3 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　3.1紅外測(cè)溫法

　　在直接接觸測(cè)量方法中非常有代表性的就是紅外測(cè)溫法。紅外測(cè)溫法主要依據(jù)的是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑輻射原理，黑體是理想化的輻射體，它們能在相同的溫度下散發(fā)出相同的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀特性無(wú)關(guān)。物體表面的溫度與物體本身紅外輻射能量的大小及波長(zhǎng)的分布有著密切的聯(lián)系，通過(guò)測(cè)量物體本身輻射紅外能量，從而測(cè)定其表面的溫度。目前的紅外測(cè)溫儀的基本組成是光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器、信號(hào)放大器與信號(hào)處理及顯示輸出等部分，核心元素是紅外探測(cè)器，它可以把入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變成可以測(cè)量的其它形式的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器與信號(hào)處理器電路按照儀器內(nèi)部的算法計(jì)算和校正后轉(zhuǎn)變成了被測(cè)目標(biāo)的溫度值，然后在光學(xué)系統(tǒng)上顯示。

　　3.2無(wú)線測(cè)溫法

　　無(wú)線測(cè)溫法是對(duì)接觸式測(cè)溫方法的改進(jìn)，是為了隔離測(cè)溫設(shè)備與電力系統(tǒng)之間的高低壓而產(chǎn)生的一種新型的測(cè)溫方法。通常的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)由分布式測(cè)溫點(diǎn)、數(shù)據(jù)接收器、后臺(tái)處理系統(tǒng)組成。分布式測(cè)溫點(diǎn)直接安裝在需要測(cè)溫的地方，數(shù)據(jù)接收器放置在距離開(kāi)關(guān)柜一定距離的地方，分布式測(cè)溫點(diǎn)和數(shù)據(jù)接收器之間數(shù)據(jù)的傳輸是由無(wú)線通訊方式實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)了高壓的隔離與測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的采集，解決了高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)運(yùn)行溫度不易被紅外測(cè)溫法監(jiān)測(cè)的難題。無(wú)線測(cè)溫法雖然解決了測(cè)溫裝置的安全問(wèn)題，但在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題，其中的問(wèn)題就是開(kāi)關(guān)觸頭位置處測(cè)溫裝置的工作穩(wěn)定性問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，該模塊所用的電源是從電力線獲取能量的電流感應(yīng)式電源，而電力線負(fù)荷的大小決定著電源獲取的能量大小，其幅度變化很大，因而模塊時(shí)常出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象。針對(duì)此問(wèn)題，有人建議利用電池、減少測(cè)溫裝置功耗等方法，但缺陷是電池消耗完需要定期更換，同時(shí)會(huì)因?yàn)闊o(wú)線發(fā)射功率過(guò)小而產(chǎn)生電磁干擾，致使測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，更換裝置電池則需要高壓開(kāi)關(guān)柜停止供電，達(dá)不到高壓開(kāi)關(guān)柜持續(xù)運(yùn)行的工作要求。

　　3.3光纖測(cè)溫法

　　伴隨著光纖通訊與集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)在傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)異常活躍，與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)不同，光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因?yàn)楣饫w傳感器具有光纖質(zhì)輕、徑細(xì)、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、信號(hào)衰減小、集信息傳感與傳輸于一體等優(yōu)點(diǎn)，可以解決常規(guī)檢測(cè)技術(shù)不能解決的一些測(cè)量問(wèn)題。首先由于光纖本身是一種很好的絕緣材料，隔離了電力系統(tǒng)與測(cè)量設(shè)備之間的高壓，從而避免了測(cè)溫裝置引起的設(shè)備安全事故，同時(shí)使用光纖作為傳輸和傳感信號(hào)的載體，使得存在于電力系統(tǒng)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸存在的強(qiáng)電磁干擾問(wèn)題得以解決，使得測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。其次由于光纖撓曲性好、直徑小、重量輕，可以檢測(cè)常規(guī)傳感器所不能達(dá)到的部位。這些優(yōu)點(diǎn)使得光纖傳感器在電力系統(tǒng)溫度測(cè)量方面展露了頭角，可以作為適合于高壓開(kāi)關(guān)柜溫測(cè)量的主要手段。

　　4 10kV高壓開(kāi)關(guān)柜異常發(fā)熱的對(duì)策

　　4.1重視10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的預(yù)防性試驗(yàn)工作

　　要重視10kV高壓開(kāi)關(guān)柜及其內(nèi)部開(kāi)關(guān)設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)工作，通過(guò)預(yù)防性試驗(yàn)可以可靠判斷高壓開(kāi)關(guān)柜的實(shí)際運(yùn)行情況。在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，如果試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)有異常，則要進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并結(jié)合以往歷次預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而得出具有說(shuō)服力的結(jié)論。值得注意的是，結(jié)論的得出不能僅僅依靠所得到的一組數(shù)據(jù)，綜合多次數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜所存在的隱患進(jìn)行判斷和確定。在完成預(yù)防性試驗(yàn)后，及時(shí)完成高壓開(kāi)關(guān)柜的復(fù)原工作，復(fù)原過(guò)程中要特別注意開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部各接觸點(diǎn)和接觸面的接觸一定要良好，避免出現(xiàn)接觸不良所導(dǎo)致的異常發(fā)熱問(wèn)題。

　　4.2重視10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的日常檢修和維護(hù)工作

　　10kV高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行效率的提高和故障率的降低離不開(kāi)日常檢修和維護(hù)工作。在實(shí)際檢修和維護(hù)工作中，要特別注意對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部開(kāi)關(guān)設(shè)備觸頭的檢修和維護(hù)，要做到定期查看。首先要保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，彈簧沒(méi)有松動(dòng)或脫落；其次要查看觸頭的外觀是否有氧化變色痕跡，同時(shí)還要檢查觸頭以及觸頭片表面的光滑程度。在完成上述檢查工作后，需在觸頭上涂抹一層電力行業(yè)專用的導(dǎo)電膏，以有效減小觸頭間的電阻值，增加開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部開(kāi)關(guān)設(shè)備的導(dǎo)電性能，保證高壓開(kāi)關(guān)柜及其內(nèi)部開(kāi)關(guān)器件的工作效率和使用壽命。

　　4.3加快10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的新技術(shù)研發(fā)和更新?lián)Q代

　　隨著電力行業(yè)新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和新產(chǎn)品的不斷推廣應(yīng)用，各種重要的電力設(shè)備都呈現(xiàn)出越來(lái)越快的更新?lián)Q代速度，對(duì)于10kV高壓開(kāi)關(guān)柜而言，緊跟潮流，加快新技術(shù)的研發(fā)和更新?lián)Q代。具體而言，就是要在10kV高壓開(kāi)關(guān)柜中大力應(yīng)用目前已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展和進(jìn)步的自動(dòng)控制技術(shù)和新型低電阻率材料等。此外，電力企業(yè)的10kV配電網(wǎng)運(yùn)行管理部門(mén)要轉(zhuǎn)換觀念，重視起對(duì)陳舊落后10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的更新?lián)Q代工作，要意識(shí)到只有新型可靠的電力設(shè)備，才能更好地保證10kV配電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行，同時(shí)還能為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是電力系統(tǒng)長(zhǎng)期安全運(yùn)行的保障。

　　4.4推廣應(yīng)用10kV高壓開(kāi)關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　要在10kV高壓開(kāi)關(guān)柜中推廣應(yīng)用溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，雖然該技術(shù)近年來(lái)才開(kāi)始發(fā)展，但其基礎(chǔ)卻是目前已經(jīng)發(fā)展較為成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)。而且實(shí)踐研究表明，溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在10kV高壓開(kāi)關(guān)柜中應(yīng)用具有良好的效果，因此值得對(duì)其進(jìn)行更深層次的開(kāi)發(fā)，并在合適的時(shí)間開(kāi)展推廣應(yīng)用工作。通過(guò)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部開(kāi)關(guān)接頭、觸頭、母排、連接導(dǎo)線以及相關(guān)附件等關(guān)鍵設(shè)備的溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以使運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌控10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行情況，從對(duì)開(kāi)關(guān)柜的異常溫升作出及時(shí)反應(yīng)，避免故障擴(kuò)大，造成更為嚴(yán)重的事故。

　　5安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)

　　5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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(kāi)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)。

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　5.2系統(tǒng)功能

　　測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)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(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

　　溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

　　運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

　　實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

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

　　5.3系統(tǒng)硬件配置

　　溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

　　6結(jié)束語(yǔ)

　　為了保證智能化無(wú)人值守變電站中10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的安全可靠運(yùn)行，隨著新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，智能化變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，與此同時(shí)，10kV高壓開(kāi)關(guān)柜的在線測(cè)溫技術(shù)也必將得到進(jìn)一步的應(yīng)用與推廣。

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