開關(guān)柜內(nèi)敏感點(diǎn)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題解決方案

1 概況

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全國(guó)電力系統(tǒng)因高壓帶電設(shè)備關(guān)鍵部位(如斷路器、隔離刀閘觸頭處及出線座等)過熱而引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生。此類事故的危害性極大，輕則造成設(shè)備損壞,影響用戶用電，重則造成開關(guān)柜內(nèi)三相弧光短路，形成很大的短路電流，燒毀主變壓器。因此，對(duì)高壓帶電設(shè)備各種連接點(diǎn)溫度的在線監(jiān)測(cè)是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要內(nèi)容。此外，高壓帶電設(shè)備的各種連接點(diǎn)的溫度在線監(jiān)測(cè)和記錄，也是這些設(shè)備狀態(tài)檢修的重要依據(jù)。

電力系統(tǒng)為解決此類難題，采取了很多辦法。其中《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》(摘錄11.7.2)中強(qiáng)調(diào)，需定期用紅外線測(cè)溫設(shè)備檢查開關(guān)設(shè)備的接頭處、隔離開關(guān)的采電部分(重點(diǎn)部位：觸頭、出線座等)，特別是在重負(fù)荷或高溫期間加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的溫升監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取措施。

電力系統(tǒng)最初采用示溫蠟片監(jiān)測(cè)高壓設(shè)備接頭等敏感點(diǎn)的溫度，但這種方法只有在溫度過高后蠟片才有反應(yīng)，且電氣設(shè)備的隱蔽部位難以觀察到;后采用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，同樣隱蔽部位難以觀察。近年來(lái)，電力設(shè)備測(cè)溫技術(shù)有了新的突破：一是分布式光纖測(cè)溫技術(shù)，二是無(wú)線式測(cè)溫技術(shù)。以上兩種技術(shù)均能實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)敏感點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)及環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)，但無(wú)線式測(cè)溫技術(shù)成本更低，便于大面積推廣。經(jīng)比較分析，TMS系列無(wú)線式溫度在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱TMS系統(tǒng))，可更好的解決開關(guān)柜內(nèi)敏感點(diǎn)無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題。

2 TMS系統(tǒng)的原理與技術(shù)特點(diǎn)

隨著無(wú)線通訊技術(shù)及數(shù)字化溫度傳感技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，無(wú)線式溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在近兩年被廣泛應(yīng)用于電力、建筑、化工等領(lǐng)域，并取得了大量應(yīng)用業(yè)績(jī)。

2.1、TMS系統(tǒng)測(cè)溫的技術(shù)原理

TMS系統(tǒng)采用數(shù)字化溫度傳感技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)及微機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高壓帶點(diǎn)設(shè)備各關(guān)鍵點(diǎn)溫度的在線監(jiān)測(cè)。

其基本原理是，利用高精度數(shù)字化溫度傳感器(美國(guó)TI生產(chǎn)的18B20)采集敏感點(diǎn)處的溫度值，將溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至CPU，CPU將該信號(hào)轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào)，并通過射頻電路將溫度信號(hào)以無(wú)線形式(頻率為2.4GHz)發(fā)送至開關(guān)柜外的接收裝置，通過信號(hào)處理、解碼后可將溫度信號(hào)實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。同時(shí)，管理裝置的CPU還將所測(cè)到的溫度與用戶預(yù)先設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，判斷該敏感點(diǎn)處運(yùn)行溫度是否正常，若不正常則發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)提醒管理人員。

2.2、TMS系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

TMS系列無(wú)線式溫度在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是，可以對(duì)電氣配電裝置的母排、動(dòng)力電纜的接頭、開關(guān)柜內(nèi)重要的采電處等部位進(jìn)行“零距離”監(jiān)測(cè)。其工作原理決定了它不會(huì)受到電磁干擾的影響，也不會(huì)對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)任何負(fù)面影響。具有在高電壓、強(qiáng)腐蝕、輻射和強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下運(yùn)行，以及可進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫等優(yōu)點(diǎn)，是其他測(cè)溫技術(shù)無(wú)法比擬的。

3 TMS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的建設(shè)

TMS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的變電站、配電房等廣泛應(yīng)用，下面以某110kV變電站為例，詳細(xì)介紹TMS系統(tǒng)的搭建。

3.1 測(cè)溫點(diǎn)布置

(1)選擇需要測(cè)溫的開關(guān)柜。根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，選取包括主變柜、進(jìn)線柜電容柜和饋線柜等高壓柜作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，既滿足了變電站的需要，又減少了不必要的投資。

(2)選擇高壓柜內(nèi)需要測(cè)溫的敏感點(diǎn)。經(jīng)過大量的比對(duì)分析研究，發(fā)現(xiàn)在封閉的高壓開關(guān)柜內(nèi)，容易發(fā)熱的點(diǎn)就是觸頭接觸處、出線電纜接頭處等部位，因該變電站采用的KYN型柜體，內(nèi)部采用手車式斷路器，因此在一面高壓柜內(nèi)設(shè)立了3處3相共9個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，分別監(jiān)測(cè)動(dòng)靜觸頭接觸處及出線電纜接頭部位。主要布置如圖1所示。

3.2 溫度采集單元安裝工藝

首先應(yīng)找出需要精確定位設(shè)備易發(fā)熱點(diǎn)等重要監(jiān)測(cè)部位，將溫度傳感器通過硅膠直接固定在需要精確監(jiān)測(cè)的地方(也可通過各種固定型材固定);無(wú)線發(fā)射盒通過硅膠和綁扎帶固定在等相位的銅排上(可選擇合適位置)，中間通過耐高溫傳輸導(dǎo)線相連接，導(dǎo)線用扎帶或者熱縮套管固定于銅排上。

在安裝時(shí)，固定膠固化后方可松開，且發(fā)射盒安裝位置一定要選擇合適位置安裝在等相位的銅排上，切不可破壞原有的絕緣距離。

3.3 測(cè)溫主機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)

(1)現(xiàn)場(chǎng)的溫度監(jiān)控裝置采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理器件，負(fù)責(zé)采集、顯示現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)溫點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并通過與預(yù)設(shè)定參數(shù)比較，實(shí)現(xiàn)預(yù)告警功能。溫度監(jiān)控裝置具有標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，能與上位機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)集中管理。

(2)后臺(tái)計(jì)算機(jī)軟件采用組態(tài)軟件，功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單、方便，可在線顯示下屬的所有測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過曲線、報(bào)表等方式輸出相關(guān)信息，便于管理人員進(jìn)行管理、分析。

圖2 TMS系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 TMS系統(tǒng)的主要功能

TMS系統(tǒng)以友好、簡(jiǎn)潔的界面，為運(yùn)行人員及其他用戶提供高壓帶電設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)的運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)及預(yù)告警等功能。

(1)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓帶點(diǎn)設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)部位的運(yùn)行溫度，讓管理人員清楚了解當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀況。

(2)實(shí)時(shí)溫度、原始數(shù)據(jù)查詢，原始數(shù)據(jù)查詢主要用于設(shè)備安全狀況分析。通過歷史數(shù)據(jù)的比對(duì)，確定設(shè)備是否有故障發(fā)生的趨勢(shì)，為開展設(shè)備狀態(tài)檢修提供依據(jù)。原始數(shù)據(jù)查詢可通過報(bào)表或趨勢(shì)曲線顯示(見圖3)

圖3 (a)趨勢(shì)曲線;(b) 報(bào)表查詢

(3)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警及型號(hào)查詢。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)預(yù)告警及報(bào)警信息查詢功能，包括：超溫預(yù)報(bào)警、超溫告警、通訊中斷等。報(bào)警與否取決于閾值設(shè)定，用戶可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定各測(cè)溫點(diǎn)的報(bào)警閾值，更適用于運(yùn)行人員的監(jiān)控管理要求。

5 TMS系統(tǒng)的應(yīng)用效果

5.1 實(shí)現(xiàn)對(duì)重要開關(guān)柜溫度的實(shí)時(shí)有效監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)的變電站、配電房等重要單位內(nèi)各關(guān)鍵點(diǎn)的溫度在線監(jiān)測(cè)及環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)。溫度顯示可由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控裝置LCD液晶顯示、操作，也可由遠(yuǎn)程監(jiān)控后臺(tái)機(jī)進(jìn)行監(jiān)控、操作。測(cè)溫范圍為-15℃～125℃，測(cè)溫精度為±2℃，充分滿足電力系統(tǒng)高壓帶電設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)要求。

5.2 便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常

TMS系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)各關(guān)鍵點(diǎn)部位的溫度異常狀況，有效的解決了封閉高壓帶電設(shè)備內(nèi)不能在線測(cè)溫的難題，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，減少了停電檢修的盲目性，提升了城市供電網(wǎng)供電的可靠系數(shù)，為電力安全生產(chǎn)和可靠供電提供了有力的保證。

6 結(jié)束語(yǔ)

高壓帶電設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)及應(yīng)用，切合目前所提倡的“狀態(tài)檢修”技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)，是一次具有實(shí)用意義的成功嘗試，為我局今后開展高壓帶電設(shè)備的“狀態(tài)檢修”提供科學(xué)的依據(jù)，并對(duì)我局電網(wǎng)的安全運(yùn)行增加一項(xiàng)重要的砝碼。該項(xiàng)目的投入運(yùn)行可大大減少設(shè)備預(yù)試停電次數(shù)和時(shí)間，提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行的可靠性及生產(chǎn)效率，減輕了運(yùn)行部門日常巡檢的工作量，對(duì)系統(tǒng)安全運(yùn)行具有重要意義。