淺析封閉式開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)

在建設(shè)變電站之前，供電企業(yè)要對(duì)其建設(shè)成本進(jìn)行控制，由于變電站的數(shù)量比較多，因此，我們看到的大多數(shù)變電站的規(guī)模都是很小的。隨著全封閉式的電氣設(shè)備的廣泛使用，使得封閉式開關(guān)柜設(shè)備的在線測(cè)溫越來越困難。如果電氣設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷增加，超出了規(guī)劃的預(yù)期，則有可能導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)系統(tǒng)故障，從而破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文即探究封閉式開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)。

1 電氣設(shè)備在線測(cè)溫的作用和意義

不管是 XGN 型開關(guān)柜，還是 KYN 型開關(guān)柜，在結(jié)構(gòu)上具有通用性，電氣設(shè)備的生產(chǎn)廠家雖然很多，但生產(chǎn)的電氣產(chǎn)品在框架結(jié)構(gòu)上基本一致。這就好比市場(chǎng)上有很多家賣豬肉的店鋪，但豬肉的模樣也還是一樣的，味道也幾乎沒有差別。這也就是說，在開關(guān)柜的發(fā)熱方面，我們可以找出不少的規(guī)律來。

通過系統(tǒng)分析封閉式開關(guān)柜的發(fā)熱情況，筆者發(fā)現(xiàn)，其發(fā)熱故障主要出現(xiàn)在兩個(gè)部位上，一個(gè)是開關(guān)柜內(nèi)的刀閘接頭，一個(gè)是電纜的接頭。因此，在對(duì)封閉式開關(guān)柜進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，只須注意某些關(guān)鍵點(diǎn)即可，對(duì)于開關(guān)柜的其它部位，予以適當(dāng)?shù)年P(guān)注即可。當(dāng)開關(guān)柜的溫度升高時(shí)，只須實(shí)時(shí)并正確地監(jiān)測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度變化，在溫度超出允許的限度之前，需要監(jiān)測(cè)人員發(fā)出警告，保證有時(shí)間采取措施進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)，避免發(fā)生電力安全事故。

2 封閉式高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫的要求分析

根據(jù)電氣設(shè)備的框架結(jié)構(gòu)特征和具體的運(yùn)行要求，封閉式高壓開關(guān)柜對(duì)在線測(cè)溫的手段有一定的要求.

2.1 不能采用非接觸式測(cè)溫法

當(dāng)前，封閉式開關(guān)柜有兩種型號(hào)：淤XGN 型；于KYN 型。根據(jù)這兩種型號(hào)的具體框架結(jié)構(gòu)，開關(guān)柜的主要設(shè)備包括：斷電器、電流互感器、電纜頭和隔離開關(guān)等。為了避免電氣設(shè)備因臟污受潮而英氣污閃事故，也為了避免因動(dòng)物的裝入而引起設(shè)備短路，開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)電部位全部采用的是絕緣熱縮包封。

2009年，廣電網(wǎng)公司的反事故技術(shù)措施明確指出：

“運(yùn)行及未投運(yùn)的移開式開關(guān)柜（KYN 型開關(guān)柜）的導(dǎo)電臂都必須裝配絕緣套，今后進(jìn)入廣電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的小車柜，開關(guān)小車導(dǎo)電臂必須安裝絕緣護(hù)套。”正是由于這個(gè)原因，在線測(cè)溫的所有部位都需要包扎絕緣保護(hù)套。因此，這也決定了在對(duì)封閉式開關(guān)柜進(jìn)行在線測(cè)溫時(shí)，不能夠采用非接觸式的方法。

2.2 在線測(cè)溫裝置高壓絕緣問題異常突出

我們知道，封閉式開關(guān)柜內(nèi)的電氣設(shè)備是帶電運(yùn)行的，而在線測(cè)溫傳感器又必須安裝在被檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量點(diǎn)上，被測(cè)設(shè)備又屬于高壓設(shè)備，致使信號(hào)采集裝置得安裝在柜體或者是柜外，其外殼與地網(wǎng)相互連接，于是信號(hào)采集裝置和測(cè)量傳感器之間也就有了比較高的電壓。因此，就必須采取合理適當(dāng)?shù)拇胧⒏邏弘姎庠O(shè)備與低壓設(shè)備隔離開，使設(shè)備之間保持安全距離。要確保這些設(shè)備不受測(cè)溫傳感器的影響，否則的話會(huì)造成封閉式開關(guān)柜的設(shè)備出現(xiàn)故障。

以上這些都是測(cè)溫系統(tǒng)發(fā)展過程中需要考慮的問題，這些問題的存在就決定了測(cè)溫技術(shù)發(fā)展緩慢。

2.3 在線測(cè)溫裝置不能影響電氣設(shè)備的原有性能

封閉式開關(guān)柜內(nèi)的斷電器和隔離器開關(guān)都是可操作性的電氣設(shè)備，因此，分合操作必須遵循設(shè)備的運(yùn)行方式，在線測(cè)溫設(shè)置的安裝不能影響電氣設(shè)備的性能。這就對(duì)在線測(cè)溫裝置提出了一定的要求，不僅要適應(yīng)電氣設(shè)備的框架構(gòu)造，而且還要確保傳感器設(shè)備安裝的可靠性。

2.4 封閉式內(nèi)開關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣，電磁干擾嚴(yán)重當(dāng)前，高壓開關(guān)柜柜內(nèi)全部采用了密封結(jié)構(gòu)，全部采用金屬擋板進(jìn)行了密封處理，除了一小部分觀察窗外。根絕封閉式開關(guān)柜的 IP3X 防護(hù)等級(jí)的要求，各個(gè)柜體之間的距離不能大于 2.5mm。同時(shí)，柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的電流量特別大，不少大電流的柜體需要幾千安培的電流，甚至達(dá)到了4200A。變電站內(nèi)復(fù)雜的電磁環(huán)境與電磁嚴(yán)重干擾了在線測(cè)溫系統(tǒng)，從而降低了在線測(cè)溫設(shè)備數(shù)據(jù)的精確度和可靠性。

3 封閉式開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)分析

國(guó)際上通用的測(cè)溫方法有兩種：淤接觸式測(cè)溫方法；于非接觸式測(cè)溫方法。顧名思義，接觸式測(cè)量方法也就是測(cè)溫傳感器與被測(cè)設(shè)備直接接觸，不過傳感器與被測(cè)物體的溫度要保持一致。同樣的，非接觸式測(cè)溫方法，也就是測(cè)溫傳感器與被測(cè)電氣設(shè)備不直接接觸，通過輻射原理來監(jiān)測(cè)設(shè)備的溫度。具體來說，可以分為以下幾種測(cè)溫法：

3.1 紅外測(cè)溫法

在接觸式測(cè)溫方法中，最具有代表性的方法是就是紅外測(cè)溫法。紅外測(cè)溫法的主要理論依據(jù)是黑輻射原理，這個(gè)原理是斯特藩、玻爾茲曼、普朗克等人創(chuàng)立的。其中，黑體是較為理想化的輻射體，這些物體可以在先相同的溫度條件下發(fā)出一樣的電磁波譜，但與黑體的具體形狀和成分卻毫無(wú)關(guān)系。物體表面的溫度與黑體的輻射能量和波長(zhǎng)有著十分密切的關(guān)系，通過測(cè)量物體身上的輻射紅外能量，就可以確定其表面的溫度。當(dāng)前，紅外測(cè)量?jī)x的主要由光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測(cè)器和信號(hào)放大器等組成，其核心元素則是紅外探測(cè)器。紅外探測(cè)器能夠把射入的紅外輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詼y(cè)量的電信號(hào)，這些電信號(hào)經(jīng)過放大器與信號(hào)處理器的算法處理和校正，就轉(zhuǎn)變成了被測(cè)物體的溫度值，然后在光學(xué)系統(tǒng)上顯示出來。

3.2 無(wú)線測(cè)溫法

無(wú)線測(cè)溫法屬于接觸式測(cè)溫法的一種，不過有改進(jìn)了接觸式測(cè)溫法，它能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)溫設(shè)備與電力系統(tǒng)之間的隔離。一般而言，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接收器。分布式測(cè)溫點(diǎn)和后臺(tái)處理系統(tǒng)組成。其中，分布式測(cè)溫點(diǎn)直接安裝在被測(cè)設(shè)備需要檢測(cè)的部位即可，而數(shù)據(jù)接收器則需要放在距離封閉式開關(guān)柜有一定距離的地方。分布式測(cè)溫點(diǎn)與數(shù)據(jù)接收器之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過無(wú)線通訊方式來實(shí)現(xiàn)的，從而也就是實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的高壓的隔離以及測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的采集。

無(wú)線測(cè)溫法有效解決了測(cè)溫設(shè)備的安全運(yùn)行問題，但是在實(shí)際的測(cè)溫應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了不少的問題，其中，最為棘手的問題是開關(guān)觸頭部位測(cè)溫裝置的穩(wěn)定性問題。在實(shí)際的測(cè)溫應(yīng)用中，該模塊所應(yīng)用的是電流感應(yīng)式電源，這是一種從電力線中獲得的能量電源，因此，電力線負(fù)荷的大小也就決定著其電源獲取能量的大小。如果其幅度變化很大，就會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)供電不足的情況。

為了有效解決這類問題，有人認(rèn)為應(yīng)該采用電池，從而減少測(cè)溫所用的裝置，但采用電池的缺陷是電池需要定期更換。同時(shí)，由于電池的無(wú)線發(fā)功率比較小會(huì)產(chǎn)生電磁干擾的問題，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤。此外，在更換電池時(shí)，需要打開開關(guān)柜，從而可能對(duì)電氣設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行造成影響.

3.3 光纖測(cè)溫法

當(dāng)前，光纖通訊與集成光學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，光纖傳感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)不同的是，光纖技術(shù)有著其獨(dú)特的物理特性。光纖傳感器獨(dú)特物理特性表現(xiàn)在其徑細(xì)、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫以及信號(hào)衰減比較下、質(zhì)輕、集信息傳感與傳輸于一身等，能夠有效解決常規(guī)檢測(cè)技術(shù)中無(wú)法解決的測(cè)量難題。光纖本身就是一種比較好的絕緣材料，從而可以隔絕電力系統(tǒng)與電氣測(cè)溫設(shè)備之間的高壓，避免因測(cè)溫裝置而引起的電氣設(shè)備安全事故。

同時(shí)，光纖設(shè)備也是傳輸和傳感信號(hào)的優(yōu)良載體，它解決了電力系統(tǒng)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸受電磁干擾的問題，使得測(cè)量的結(jié)果更加準(zhǔn)確和可靠。此外，由于光纖的直徑小、重量輕，撓曲性也比較好，因此，其可以檢測(cè)到一般傳感器所無(wú)法檢測(cè)到的部位。光纖具有以上這些優(yōu)點(diǎn)，使得光纖傳感器在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備在線測(cè)溫中得到越來越廣泛的應(yīng)用，在未來，筆者相信，其會(huì)成為封閉式高壓開關(guān)柜內(nèi)電氣設(shè)備在線測(cè)溫的最主要測(cè)溫技術(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平得到了很大程度的提高。當(dāng)前，人們的工作和生活已經(jīng)無(wú)法離開電能。如果沒有了電，世界將會(huì)變成怎樣，我們無(wú)法想象。因此，人們對(duì)于供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就有了越來越高的要求。但電力系統(tǒng)卻常常出現(xiàn)這樣那樣的問題，使電力供應(yīng)中斷。其中，變電站封閉式開關(guān)內(nèi)電氣設(shè)備出現(xiàn)故障就會(huì)影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文從在線測(cè)溫的作用和意義入手，分析了在線測(cè)溫的一些要求，最后分析了在線測(cè)溫的三種技術(shù)，包括無(wú)線測(cè)溫法、紅外測(cè)溫法和光纖測(cè)溫法。

參考文獻(xiàn)

[1]彭 云.10kV 高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2010.

[2]徐穎敏.智能化變電站 10kV 高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)研究[J].機(jī)電信息，2013（3）.

[3]李偉年，俞明華.高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的研究[J].電腦與電信，2013（4）.

[4]劉東紅.封閉式電氣設(shè)備在線測(cè)溫技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)，2009.

[5]趙珍珍.高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[D].山東大學(xué)，2013.

[6]王紹亞，宋光輝，郭碧祥，等.開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)研究應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2011（12）.