浅谈在线测温系统高压开关柜电气设备中的应用研究

2021-08-11 09:22 发布人：admin

摘要：近年来，由于开关柜温度的升高而引发的停电事故不断增加，加强开关柜温度的在线实时温度监控显得特别重要。该文研制了一款用于KYN28-12铠装式封闭高压开关柜的温度进行密切监测的系统，能够实时监控温度变化情况，确保设备可靠运行。还可以实现自动化、无人化、实时化的远程监控，减少人力、物力的消耗，在实践中具有十分重要的意义。
关键词：无线测温在线监测开关柜

0 引言
随着人们生活水平的不断提高，用电量逐年增加，而电力系统的稳定运行已经成为了各个输配电公司控制的重要目的，也是确保电力系统正常运转的重要基础。在电力系统中，封闭式10kV高压开关柜因载流负荷过大引起设备事故严重影响着电网系统的正常运行，加强高压开关柜温度实时监控显得尤为重要。所谓变电站设备温度监控是指通过探测器及温度控制装置，监控开关柜内重要设备的温度，检修人员能够了解设备的温度状态，一定程度上减少变电站事故的发生，防患于未然。通过无线测温装置可以提前做好应急预案，让工作人员及时了解设备运行的温度，减少设备运行的风险，提高设备运行效率。另外，还可以实现自动化、无人化、实时化的远程监控，减少人力、物力的消耗，具有十分重要的意义。因此，该文试图设计一套KYN28-12铠装式封闭高压开关柜电气设备在线测温系统，该系统能够有效监控载流所引发的温升故障，保证电力设备的可靠运转，减少电力设备的维修次数，提高设备的运行效率，实现自动化、可靠话的自动化运营。

1开关柜在运行中的发热问题
封闭式高压开关柜的一次部分由3个空间构成，断路器机构、母线、出线接头分别位于这3个空间内，相互隔绝独立。按照设计制造以及运行规程要求，“除实现电气连接、控制、通风在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态。”因此，造成电气设备发热的原因很多如果运行维护不当，没有采取有效措施，运行过程中未能及时发现温度升高，则很有可能引起设备事故。过去，基于电气设备的发展，测温工作基本针对于室外敞开式设备，多种红外测温及成像工具的研发已经非常成熟，测温均能取得不错的效果，工作人员得以及时发现并消除过热问题。但封闭式高压开关内设备的测温问题一直是困扰电力检修工作的重要内容，设备的稳定运行得不到保障，成为运行维护工作中常常出现的盲区。

2开关柜测温在线监测系统的组成
开关柜测温总体框架包括变电站、传感器、终端机、站内监控端等若干个部分组成。其中，传感器是用于搜集各个主要设备的温度，该系统拟定在每个开关柜安装6个传感器，分别在A、B、C三相进线和A、B、C三相出线；终端机是用于收集6个探头的温度，并且实时通过485总线传递给站内监控端；站内监控端预装了监控端软件，可以实时写入各个传感器的温度，并且根据系统预设的温度提供升温报警、温度查询等功能。

3抗干扰技术应用研究及改进措施
电磁干扰可以分为内部干扰和外部干扰两种干扰源，但是，高压开关柜常年封闭在金属柜体中，外部干扰源很难进入到高压开关柜中，可以起到电磁干扰保护作用。因而，本文探讨的抗干扰技术针对的是高压开关柜内部的抗干扰措施。当前，抗干扰技术主要是通过阻止干扰源、传播途径和电磁敏感设备三大要素，从而实现电磁干扰的阻断。但是，高压开关柜大多处在高电压、大电流的状态下，可能还会存在较强瞬间较强的电池干扰，产生强烈的电磁波，从而影响高压开关柜内的温度，甚至对测温系统造成严重的影响。
因此，该系统针对抗干扰技术的应用，进行了磁兼容性能试验，具体的测试方法为对高压侧的电路进行电磁屏蔽，不仅仅可以提高高压侧的抗干扰能力，还能够减少抗干扰技术对温度的影响。磁兼容性能试验测试结果见表1所示，试验内容包括静电放电、电快速瞬变脉冲群、浪涌三大部分，依据标准均按照相关国标执行，测试等级为所有的实验内容均达到EMC型式试验认证4级标准，测试结果为系统正常工作。因此，该系统设计的电磁抗干扰技术效果能够达到预期设计目标，满足设计需要。
表1 磁兼容性能试验结果

4实施效果分析
开关柜在线测温系统安装、测试完成后，对系统进行了试用及反复论证，得出该系统在实践中应用具有以下几个方面的效果：（1）实现环网柜接点的无源无线方式传感，能够实现在线实时温度监控，有助于检修人员根据需要采取应急预案，节约了现场巡查时间和次数，减少了电力设备运行的人力资源成本，提高了人力资源利用效率。（2）能够通过系统查询到高压开关柜设备的历史温度，为设备运行温度控制提供了依据，为设备的设计提供了基础参数，提高了系统运行的可靠性。（3）可以有效减少设备运行的事故，特别是部分设备安装时间长，设备老化等现象突出，容易因为短路等原因造成停电、火灾、爆炸等事故发生。通过实时温度监控系统，可以减少人工巡检次数，并且及时发现电力系统运行中的各种质量影响因素，减少电力故障发生概率，提高输配电的质量。（4）该系统不仅仅能够实时监控温度，记录设备历史温度，还能够根据温升情况实时报警，有助于电力抢修人员及时到达现场抢修，减少电力故障发生时间。因此，该系统是实现智能电网的重要突破，能够为我国的电网智能化提供良好的基础和保证。

5 安科瑞无线测温系统介绍与选型
安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款专业的无线测温软件。
5.1 Acrel-2000T无线测温系统结构
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图1），系统设计遵循国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，可靠性和开放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。
Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。

图1 Acrel-2000T无线测温系统结构图
5.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
■温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
a.弹岀事件报驚窗口.
b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.
C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
■历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
■定值设置
用于修改高温定值、超温定值。
■WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息，设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量需要断路器提供辅助触点支持）。
能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。
运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。
5.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图2）。

图2 电气接点在线测温结构图
5.3.1 安科瑞无线温度传感器
无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。

5.3.2 安科瑞无线收发器
无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞显示终端
显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

6 结语
在电力输配电实际生产过程中，常常会因为设备高温导致电力输配电系统断电，现有的普通测温手段和方法并不能实时监控设备温度。因此，该文在综合国内外测温手段和方法的研究现状基础上，试图进行了开关柜在线测温系统的设计、测试及安装。将开关柜测温系统分为变电站、传感器、终端机、站内监控端等若干个部分，可以实时写入各个传感器的温度，并且根据系统预设的温度提供升温报警、温度查询等功能。通过该系统测试论证得出，该系统可以一定程度上降低电网企业的人力巡检成本，减少设备故障发生，提高设备运行效率及输配电质量，该系统是实现智能电网的重要突破，能够为我国的电网智能化提供良好的基础和保证。

【参考文献】
[1] 李春曦,王佳,叶学.我国新能源发展现状及前景[J].电力科学与工程，2012,28（4）：1-8.
[2] 许祥希,冯亦佳.KYN28-12铠装式封闭高压开关柜电气设备在线测温系统应用研究.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

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