無線測(cè)溫技術(shù)在高壓開關(guān)柜監(jiān)控中的應(yīng)用研究

摘要：實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)是保證電力系統(tǒng)高壓設(shè)備避免因各種原因引起設(shè)備過熱而造成損毀的重要技術(shù)手段。介紹了高壓開關(guān)柜無線溫度測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理，并以某110kV變電站10kV配電室高壓開關(guān)柜的溫度監(jiān)測(cè)為例，闡述了無線溫度測(cè)量技術(shù)在高壓設(shè)備監(jiān)測(cè)方面的優(yōu)越性。
關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜；無線溫度測(cè)量

0 引言
    目前我國電力系統(tǒng)正向著大電網(wǎng)、高可靠性、高自動(dòng)化水平方向迅猛發(fā)展，電網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)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(guān)鍵問題。高壓配電開關(guān)柜是配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔(dān)著開斷和關(guān)合電力線路等重要作用，但在長期運(yùn)行過程中，開關(guān)的觸點(diǎn)、母線及出線連接等部位因氧化腐蝕或因緊固螺栓松動(dòng)等原因至使接觸電阻增大，在高負(fù)荷運(yùn)行情況下，連接點(diǎn)發(fā)熱并形成惡性循環(huán)，且發(fā)熱點(diǎn)溫度無法監(jiān)測(cè)，最終導(dǎo)致連接部位溫度過高甚至燒毀，造成事故停電。
    近年來，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設(shè)備過熱而發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，我國每年發(fā)生的電力事故，有40％是由高壓電氣設(shè)備過熱所致；而在采用高壓開關(guān)柜和電力電纜的供電系統(tǒng)中，有70％以上的電纜運(yùn)行故障是因?yàn)檫B接部位接觸電阻變大、過負(fù)荷等引起接頭溫度過高所致。因此，對(duì)高壓開關(guān)柜連接點(diǎn)的溫度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及預(yù)警是非常必要的。

1 高壓開關(guān)柜傳統(tǒng)測(cè)溫方法分析
    目前，對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行測(cè)溫的方法主要包括蠟片測(cè)溫法和熱紅外測(cè)溫法。
1．1 蠟片測(cè)溫法
    石蠟片的顏色會(huì)隨溫度的變化而變化，因此，可利用石蠟片來測(cè)量高壓開關(guān)柜的溫度。具體方法是，將石蠟片粘貼于設(shè)備連接部位，根據(jù)其顏色來判斷被測(cè)溫度，這種方法由于原理簡單、成本低廉而獲得廣泛應(yīng)用。但其需要憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來判斷溫度，因而準(zhǔn)確率和可靠性比較
低，另外也不能進(jìn)行定量測(cè)量和實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。而且，對(duì)高壓開關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭等易發(fā)熱部位因?yàn)樵谶\(yùn)行時(shí)幾乎看不見而無法測(cè)量。
1．2 熱紅外測(cè)溫技術(shù)
    基于熱紅外的高壓開關(guān)柜測(cè)溫是利用紅外測(cè)溫槍、紅外成像儀及紫外成像儀等熱感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行非接觸式測(cè)溫。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，準(zhǔn)確度較高，可靠性較好，但是設(shè)備儀器昂貴，且需大量人力進(jìn)行定期巡測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
    另外，由于高壓開關(guān)柜內(nèi)部件處于高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)及密閉的運(yùn)行環(huán)境中，測(cè)溫石蠟片、熱紅外測(cè)溫等常規(guī)的測(cè)溫方式已無法實(shí)現(xiàn)柜內(nèi)部件溫度測(cè)量。目前，基于無線溫度傳感技術(shù)的高壓供電設(shè)備溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是克服上述問題的一個(gè)比較理想的解決方案。

2 高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理
    基于無線測(cè)溫技術(shù)的高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首先通過無線溫度傳感器感測(cè)設(shè)備表面溫度，然后通過電磁波將溫度信號(hào)傳輸至無線溫度監(jiān)測(cè)儀，再通過網(wǎng)絡(luò)將無線溫度監(jiān)測(cè)儀連接至中心監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)無線測(cè)溫。

    如圖1所示，高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元(無線溫度傳感器)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元(無線溫度監(jiān)測(cè)儀)和遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控終端組成。
2．1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元
    現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元主要由無線溫度傳感器、測(cè)量電路、邏輯控制電路、無線收發(fā)電路和供電電路組成，如圖2所示。無線式溫度傳感器用于測(cè)量帶電物體表面的溫度，如高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點(diǎn)和母線連接處的運(yùn)行溫度?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量單元通過2．4G無線網(wǎng)絡(luò)將溫度信號(hào)發(fā)送到無線式溫度監(jiān)測(cè)。

2．2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元
    現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元主要由無線溫度監(jiān)測(cè)儀來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)無線溫度監(jiān)測(cè)儀相當(dāng)于一個(gè)無線接入點(diǎn)，可同時(shí)接入6只無線溫度傳感器。無線溫度監(jiān)測(cè)儀一般安裝在高壓開關(guān)柜柜體外，具有現(xiàn)場(chǎng)查詢、參數(shù)設(shè)置和報(bào)警等功能。無線溫度監(jiān)測(cè)儀采用LCD顯示器顯示現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)溫度，并通過隔離RS-485工業(yè)總線接口與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相連，將溫度數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端。
2．3 遠(yuǎn)程系統(tǒng)監(jiān)控終端
    遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端安裝在變電站控制室內(nèi)，接收現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元上傳的數(shù)據(jù)，并按電力系統(tǒng)通訊標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約(如電力系統(tǒng)101規(guī)約協(xié)議)將數(shù)據(jù)傳送至變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。系統(tǒng)在不組網(wǎng)的情況下，測(cè)量單元和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元可以脫離遠(yuǎn)程控制終端運(yùn)行，構(gòu)成獨(dú)立的測(cè)溫裝置，對(duì)高壓開關(guān)柜觸頭溫度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)；在組網(wǎng)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程兩級(jí)監(jiān)測(cè)。
    安裝在監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的高壓設(shè)備溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)管理分析軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄和對(duì)比分析、預(yù)警及報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)全程記錄以及報(bào)表打印等功能?？梢杂行У貛椭\(yùn)行人員監(jiān)測(cè)和分析對(duì)比高壓設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化情況，及時(shí)預(yù)測(cè)出故障發(fā)生的部位，從而保證高壓設(shè)備的安全運(yùn)行。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例
    這里，以某110kV變電站10kV配電室高壓開關(guān)柜監(jiān)測(cè)為例，來說明無線測(cè)溫技術(shù)在高壓設(shè)備監(jiān)控中的應(yīng)用。如圖3所示，將無線溫度傳感器安裝在與高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備連接的部位(易發(fā)熱點(diǎn)，如出線間隔與母線連接處、電纜頭連接處等)。溫度檢測(cè)儀安裝在柜體外部，每六個(gè)溫度傳感器共用一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)儀，構(gòu)成一個(gè)簡單的現(xiàn)場(chǎng)無線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)，再通過隔離RS-485工業(yè)總線接口與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相連，組成一個(gè)高壓設(shè)備遠(yuǎn)程無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)該變電站開關(guān)柜設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)。

4 無線測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
    與傳統(tǒng)的高壓設(shè)備溫度測(cè)量技術(shù)相比，無線測(cè)溫系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢(shì)：
    (1)安全性高：它通過采用先進(jìn)的數(shù)字溫度傳感器，避免了傳感器輸出模擬信號(hào)的傳輸受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾。
    (2)可靠性高：通過采用先進(jìn)的擴(kuò)頻通訊、數(shù)據(jù)糾錯(cuò)、自適應(yīng)調(diào)頻技術(shù)，有效地保證了數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)目煽啃?；另外，無線射頻傳感技術(shù)不受震動(dòng)以及外界灰塵的影響，測(cè)溫精度高。
    (3)智能化水平高：在常規(guī)模式下，溫度值以分鐘間隔進(jìn)行采集并傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件導(dǎo)致溫度升高到報(bào)警閾值或溫度升速增快時(shí)，溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)將進(jìn)入快速反應(yīng)狀態(tài)，持續(xù)以秒為間隔密集采集溫度并傳輸報(bào)警，從而避免錯(cuò)過任何可能的溫升事故。
    (4)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(guān)觸頭、電纜接頭等安裝空間狹小的被測(cè)點(diǎn)上。
    (5)免調(diào)試：通電即可使用，無需調(diào)試，特別適合停電時(shí)間短、安裝工期緊的改造項(xiàng)目。

5 結(jié)束語
    無線測(cè)溫系統(tǒng)可有效地解決電力設(shè)備接觸部位無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，做到對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，防止由于各種原因引起的設(shè)備過熱造成設(shè)備損壞。本文以某110kV變電站10V配電室的成功應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了高壓開關(guān)柜無線溫度測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成原理、安裝和使用方法，并闡述了其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的優(yōu)越性。