10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)以及選型

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的設(shè)備逐漸走向智能化，變電站也是如此。在智能化變電站中，分析其基本結(jié)構(gòu)以及基本運(yùn)行方式，進(jìn)而能實(shí)現(xiàn)10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的投入使用。本文在這前提下，主要介紹10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的重要內(nèi)容，同時(shí)分析該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程，期望以供參考。

0引言

智能化變電站主要是電力系統(tǒng)直接向10kV配電網(wǎng)合理分配電氣的設(shè)備，在時(shí)間較長(zhǎng)的條件下，部分高壓開關(guān)柜很可能通過4000A的電流。在較高的工作電流和高壓開關(guān)柜內(nèi)部各插頭發(fā)生位置偏移、動(dòng)靜觸頭較為松動(dòng)、不合理的用料等因素的影響下，造成相應(yīng)的電阻明顯增加，進(jìn)而導(dǎo)致10kV高壓開關(guān)柜的內(nèi)部嚴(yán)重發(fā)熱。我國(guó)對(duì)10kV高壓開關(guān)柜具有嚴(yán)格規(guī)定（提供的產(chǎn)品應(yīng)該符合國(guó)家鑒定文件或同有效證明文件）：如果超過允許的溫度值，則會(huì)嚴(yán)重影響10kV高壓開關(guān)柜的運(yùn)行效率，從而造成事故。因此，采取有效的在線測(cè)溫技術(shù)，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)10kV高壓開關(guān)柜的內(nèi)部溫度是至關(guān)重要的。

1 10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的基本內(nèi)容與特點(diǎn)

一般情況下，10kV高壓開關(guān)柜的柜體是全封閉式，其柜內(nèi)所含有的空間范圍很小，柜中包含較多的設(shè)備，造成電氣設(shè)備之間的安全距離很短，這在一定程度上導(dǎo)致測(cè)溫工作難度明顯增加。傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)（溫度傳感器傳送被監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度時(shí)，將自身編號(hào)ID也進(jìn)行傳輸，當(dāng)傳輸?shù)接?jì)算器時(shí)，則會(huì)自動(dòng)顯示各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度）大多存在或多或少的問題，如果使用傳統(tǒng)測(cè)溫技術(shù)對(duì)10kV高壓開關(guān)進(jìn)行測(cè)溫操作，一般不能達(dá)到良好的效果。因此，研究新型在線測(cè)溫系統(tǒng)是很有必要的。

1.1原理

10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的工作原理為：采集器通過利用天線對(duì)SAW（表面聲波）傳感器傳輸無線電磁波信號(hào)，該傳感器收到電池波信號(hào)后，叉指換能器（廣泛應(yīng)用的有效瑞利表面波換能器）就會(huì)引發(fā)聲表面波，使得聲表面波能順著電壓基材表面?zhèn)鬟f到反射區(qū)，再傳遞回叉指換能器，讓叉指換能器利用天線，對(duì)采集器發(fā)射反向電磁波，采集器進(jìn)行接收即可[1]。

1.2構(gòu)成系統(tǒng)

1.2.1站控層

站控層主要是由SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集技術(shù)）系統(tǒng)和站內(nèi)監(jiān)控磁通共同構(gòu)成，主要功能表現(xiàn)在：實(shí)現(xiàn)站內(nèi)能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)遠(yuǎn)程高壓開關(guān)柜能被應(yīng)用，使其得到好的使用效果。

1.2.2間隔層

間隔層是測(cè)溫系統(tǒng)重要的集中服務(wù)器。一般情況下，各站內(nèi)往往都會(huì)設(shè)置一臺(tái)集中服務(wù)器，充分利用RS485總線的重要方法，將各高壓開關(guān)柜的溫度采集器緊密的聯(lián)系在一起，同時(shí)整理并對(duì)站內(nèi)開關(guān)柜所有溫度信息進(jìn)行分類，并在間隔層需要提供以103/104為標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)章制度，使得各站控層間能有效完成溝通交流。其次，集中服務(wù)器應(yīng)該及時(shí)提供24V的輸出電源（利用散熱片，用DC-DC轉(zhuǎn)換器），便于采集器能長(zhǎng)期正常工作。

1.2.3過程層

過程層主要是由傳感器和天線構(gòu)成。傳感器需要在高壓待測(cè)溫點(diǎn)下能進(jìn)行安裝，比如接頭開關(guān)、進(jìn)線母線接點(diǎn)和電纜出線接點(diǎn)等方面。

1.3 10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的特征分析

1.3.1 10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，10kV高壓輸電系統(tǒng)中，較為常見的主要有XGN開關(guān)柜和KYN開關(guān)柜兩種類型，其組成部分主要包括隔離開關(guān)、電纜接點(diǎn)以及斷路裝置等內(nèi)容。但是如果長(zhǎng)期放置開關(guān)柜，在開關(guān)柜內(nèi)易產(chǎn)生一些雜物，如灰塵，其自身較為微小、不可避免，這些較小的灰塵和雜物會(huì)直接影響開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其設(shè)備不能正常工作。因此，清潔這些電氣設(shè)備內(nèi)部也逐漸成為重要的問題。除此之外，柜內(nèi)清潔不僅是是重要問題，合理控制開關(guān)柜內(nèi)部濕度也是重要問題。濕度如果過大，柜內(nèi)潮氣也會(huì)較為嚴(yán)重，這樣也會(huì)導(dǎo)致高壓開關(guān)柜不能正常進(jìn)行工作。一般來說，在XGN開關(guān)柜中，在導(dǎo)電的位置需要做相應(yīng)的絕緣熱縮處理。簡(jiǎn)單說，在XGN開關(guān)柜中，需要采用絕緣層覆蓋住整個(gè)需要進(jìn)行測(cè)溫的重要部分，在這種前提條件下，相關(guān)的檢測(cè)人員不能在開關(guān)柜外對(duì)設(shè)備內(nèi)部展開測(cè)溫工作，這樣無法及時(shí)了解開關(guān)柜實(shí)際內(nèi)部情況。因此，在惡劣環(huán)境的影響下，要想充分發(fā)揮在線測(cè)溫技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，要有效提升其抗干擾能力，同時(shí)提升其負(fù)荷能力，保障測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的真實(shí)與完整。

1.3.2開關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件注意要點(diǎn)

10kV高壓開關(guān)柜的內(nèi)部較為復(fù)雜，進(jìn)而需要大量的電氣元件量，并且不同電氣元件具有自身工作原理和注意事項(xiàng)。但是運(yùn)行這些電氣設(shè)備需要從實(shí)際情況出發(fā)，不同電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行程序存在較為顯著的差異，相關(guān)工作人員應(yīng)該選擇較為實(shí)用的方法合理使用高壓開關(guān)柜。因此，基于這種情況，要想確保相應(yīng)的測(cè)溫工作能順利正常的運(yùn)行，在實(shí)際安裝工作中，一些相應(yīng)的注意事項(xiàng)需要特別注意。比如工作人員在安裝開關(guān)柜時(shí)，安裝開關(guān)柜電氣設(shè)備自身元件要特別注意，防止在安裝過程時(shí)損壞部分元件，只有這樣做，才能確保其能正常運(yùn)行，同時(shí)還能充分發(fā)揮自身性能，只有在安裝過程中注意點(diǎn)滴小事，才能讓高壓開關(guān)柜發(fā)揮自身性能[2]。

2 10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的現(xiàn)狀分析

2.1紅外測(cè)溫法

紅外測(cè)溫法原理：詳細(xì)測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其是在非直接接觸測(cè)量方法中較為典型方法。目前紅外測(cè)溫儀使用較為方便，大多數(shù)同時(shí)還具備擴(kuò)展功能，如自主進(jìn)行拍照和自動(dòng)尋找溫度點(diǎn)等功能，在現(xiàn)代化電力行業(yè)中得到較為廣泛的應(yīng)用。但對(duì)10kV開關(guān)柜來說，受到開關(guān)柜內(nèi)部元件及絕緣體的影響，很可能阻擋紅外線，導(dǎo)致測(cè)溫工作難度加大，不能保證測(cè)量結(jié)果，在進(jìn)行校正時(shí)會(huì)出現(xiàn)諸多麻煩，進(jìn)而導(dǎo)致其通用性較低，僅僅適用于早期10kV開關(guān)柜測(cè)溫工作，并不能應(yīng)用于目前較為常用的全封閉式金屬開關(guān)柜中。

2.2光纖測(cè)溫法

光纖測(cè)溫法原理：光源發(fā)出光經(jīng)過放大后，則由光纖到達(dá)傳感器熱敏材料部分，每個(gè)傳感器反射會(huì)窄譜脈沖光信號(hào)。該測(cè)溫技術(shù)是近幾年研究開發(fā)的測(cè)溫技術(shù)，其在開關(guān)柜內(nèi)存在的電氣元件進(jìn)行測(cè)溫的過程中，具有與檢測(cè)設(shè)備緊密接觸的優(yōu)勢(shì)。隨著光纖的被廣泛的使用，在很大程度上便于測(cè)溫工作順利進(jìn)行，同時(shí)能抵抗附近周圍的電磁環(huán)境，并且能避免損壞開關(guān)柜內(nèi)部機(jī)械元件的特性，具有輻射強(qiáng)、電壓高、侵蝕性大等特點(diǎn)。在電磁影響等惡劣環(huán)境下，其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)不間斷順利進(jìn)行測(cè)溫工作，這是其他測(cè)溫技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)方法，進(jìn)而非常適合10kV高壓開關(guān)柜中的測(cè)溫工作。

2.3無線測(cè)溫法

無線測(cè)溫法的原理：利用其固有的絕緣性以及抗電磁場(chǎng)干擾性能，安裝到每個(gè)高壓開關(guān)柜上，直接顯示讀取的數(shù)據(jù)。無線測(cè)溫法是新型的一種測(cè)溫方法。對(duì)于這種測(cè)溫方法來說，在每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)上已被直接作用分散式測(cè)溫設(shè)備。但在設(shè)立過程中，接收溫度信息設(shè)備需要在設(shè)立位置與開關(guān)柜之間保留一定距離，可以利用無線技術(shù)進(jìn)行溝通交流，從而完成高壓分離工作與絕緣工作。但是，無限測(cè)溫技術(shù)也存在或多或少的問題，其中較為顯著的就是測(cè)溫設(shè)備穩(wěn)定性的問題。這種裝置大多使用電流感應(yīng)式電源，該電源的能量大小會(huì)因?yàn)殡娏奢d發(fā)生變化而進(jìn)行變化，如果電力荷載變化情況過大，則會(huì)大幅度改變能量幅度，進(jìn)而可能會(huì)引起測(cè)溫裝工作時(shí)出現(xiàn)斷電的情況[3]。

3安科瑞無線測(cè)溫系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測(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)。

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2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)語音報(bào)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(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。

3.3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)。

4結(jié)束語

綜上所述，目前我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平逐漸呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，科技也在迅速發(fā)展，相關(guān)的科學(xué)研究也逐漸智能化。10kV高壓開關(guān)柜在智能化變電站中被廣泛應(yīng)用，改革創(chuàng)新科技發(fā)展的同時(shí)，還要保持其安全性。利用10kV高壓開關(guān)柜不僅有利于技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)能便于人們?nèi)粘Ｉ睢Ｒ虼耍哟笪锪Α⑷肆τ诟邏洪_關(guān)柜的研究中，讓其向著更好更快的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡潤(rùn)強(qiáng).淺談智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)

[2]成洋.智能化變電站高壓開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（9）：108-109.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10