安科瑞 劉邁

　　摘要：高壓開關(guān)柜在電力系統(tǒng)的運行中發(fā)揮著重要作用，在發(fā)電、輸電、電能轉(zhuǎn)換以及消耗過程中，起著通斷、控制和保護(hù)作用。作為一種關(guān)鍵的電氣設(shè)備，高壓開關(guān)柜能否安全運行，關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的運行效率。本文就主要對智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)進(jìn)行了簡要分析。

　　關(guān)鍵詞：智能化變電站；10kV高壓開關(guān)柜；測溫技術(shù)

　　1在線測溫的作用

　　由于高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)上具有通用性，不管是XGN還是KYN型開關(guān)柜，不同廠家配置的設(shè)備在架構(gòu)上基本保持一致的，而在配置、功能和結(jié)構(gòu)上也是很相似的，所以在開關(guān)柜的發(fā)熱方面有許多規(guī)律可循。

　　通過認(rèn)真分析開關(guān)柜實際的發(fā)熱情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱故障主要出現(xiàn)在開關(guān)柜內(nèi)刀閘接頭和電纜接頭。因此開關(guān)柜的測溫只需要將注意力集中在某些關(guān)鍵點就可以了，其他部分關(guān)注度可以少一些，當(dāng)溫度升高時，及時并且正確地監(jiān)測關(guān)鍵點的變化，在溫度超過允許的限度之前要發(fā)出警告，確保運行維護(hù)單位有充分的時間準(zhǔn)備，并且及時采取正當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施避免事故的發(fā)生。

　　2 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫的特點

　　2.1非接觸式的測溫技術(shù)難以滿足要求

　　以當(dāng)前應(yīng)用較多的XGN型及KYN型開關(guān)柜為例，其內(nèi)部包含斷路器、隔離開關(guān)、CT以及電纜頭等電氣元件。為避免因積污和受潮引起污閃事故，同時也為了避免小動物誤入造成短路，高壓開關(guān)柜內(nèi)部的導(dǎo)電部位常會進(jìn)行絕緣熱縮包封，即開關(guān)柜內(nèi)部需要進(jìn)行測溫的部位幾乎都被絕緣體包裹，使得紅外測溫技術(shù)難以發(fā)揮作用。

　　2.2測溫裝置需要進(jìn)行高壓絕緣

　　10kV高壓開關(guān)柜正常運行狀態(tài)下，其額定電壓為10kV，測溫裝置裝設(shè)于測溫點的帶電設(shè)備上，而溫度信號的接收裝置則在開關(guān)柜的柜體上或者柜體外，這就意味著測溫裝置與接收裝置之間要進(jìn)行高壓隔離，同時還不能對開關(guān)柜內(nèi)部電氣元件的安全距離造成影響。這可以說是開關(guān)柜測溫技術(shù)應(yīng)用于實踐需要解決的首要問題，也是影響在線測溫技術(shù)發(fā)展的重要原因。

　　2.3不能影響到開關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件的性能

　　10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)部很多電氣元件都需要根據(jù)運行方式來進(jìn)行相應(yīng)的分合操作，如斷路器、隔離開關(guān)等。這就要求在線測溫裝置的安裝與工作不能對開關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件的工作性能造成影響。

　　2.4要能適應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境

　　由于目前應(yīng)用的10kV高壓開關(guān)柜都為全密封結(jié)構(gòu)，開關(guān)柜內(nèi)部通風(fēng)不佳，溫度較高；再加上高壓開關(guān)柜的工作電流都在數(shù)百安培，又處于變電站這種電磁干擾較為嚴(yán)重的環(huán)境中，因此要求在線測溫技術(shù)要具有良好的抗干擾能力，能保證測溫數(shù)據(jù)的可靠性。

　　3 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)研究現(xiàn)狀

　　3.1紅外測溫法

　　在直接接觸測量方法中非常有代表性的就是紅外測溫法。紅外測溫法主要依據(jù)的是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑輻射原理，黑體是理想化的輻射體，它們能在相同的溫度下散發(fā)出相同的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀特性無關(guān)。物體表面的溫度與物體本身紅外輻射能量的大小及波長的分布有著密切的聯(lián)系，通過測量物體本身輻射紅外能量，從而測定其表面的溫度。目前的紅外測溫儀的基本組成是光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號放大器與信號處理及顯示輸出等部分，核心元素是紅外探測器，它可以把入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變成可以測量的其它形式的電信號，經(jīng)過放大器與信號處理器電路按照儀器內(nèi)部的算法計算和校正后轉(zhuǎn)變成了被測目標(biāo)的溫度值，然后在光學(xué)系統(tǒng)上顯示。

　　3.2無線測溫法

　　無線測溫法是對接觸式測溫方法的改進(jìn)，是為了隔離測溫設(shè)備與電力系統(tǒng)之間的高低壓而產(chǎn)生的一種新型的測溫方法。通常的無線測溫系統(tǒng)由分布式測溫點、數(shù)據(jù)接收器、后臺處理系統(tǒng)組成。分布式測溫點直接安裝在需要測溫的地方，數(shù)據(jù)接收器放置在距離開關(guān)柜一定距離的地方，分布式測溫點和數(shù)據(jù)接收器之間數(shù)據(jù)的傳輸是由無線通訊方式實現(xiàn)的，從而實現(xiàn)了高壓的隔離與測溫數(shù)據(jù)的采集，解決了高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點運行溫度不易被紅外測溫法監(jiān)測的難題。無線測溫法雖然解決了測溫裝置的安全問題，但在實際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，其中的問題就是開關(guān)觸頭位置處測溫裝置的工作穩(wěn)定性問題。在實際應(yīng)用中，該模塊所用的電源是從電力線獲取能量的電流感應(yīng)式電源，而電力線負(fù)荷的大小決定著電源獲取的能量大小，其幅度變化很大，因而模塊時常出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象。針對此問題，有人建議利用電池、減少測溫裝置功耗等方法，但缺陷是電池消耗完需要定期更換，同時會因為無線發(fā)射功率過小而產(chǎn)生電磁干擾，致使測溫數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤，更換裝置電池則需要高壓開關(guān)柜停止供電，達(dá)不到高壓開關(guān)柜持續(xù)運行的工作要求。

　　3.3光纖測溫法

　　伴隨著光纖通訊與集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)在傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)異常活躍，與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)不同，光纖傳感器的優(yōu)點不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因為光纖傳感器具有光纖質(zhì)輕、徑細(xì)、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、信號衰減小、集信息傳感與傳輸于一體等優(yōu)點，可以解決常規(guī)檢測技術(shù)不能解決的一些測量問題。首先由于光纖本身是一種很好的絕緣材料，隔離了電力系統(tǒng)與測量設(shè)備之間的高壓，從而避免了測溫裝置引起的設(shè)備安全事故，同時使用光纖作為傳輸和傳感信號的載體，使得存在于電力系統(tǒng)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸存在的強(qiáng)電磁干擾問題得以解決，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。其次由于光纖撓曲性好、直徑小、重量輕，可以檢測常規(guī)傳感器所不能達(dá)到的部位。這些優(yōu)點使得光纖傳感器在電力系統(tǒng)溫度測量方面展露了頭角，可以作為適合于高壓開關(guān)柜溫測量的主要手段。

　　4 10kV高壓開關(guān)柜異常發(fā)熱的對策

　　4.1重視10kV高壓開關(guān)柜的預(yù)防性試驗工作

　　要重視10kV高壓開關(guān)柜及其內(nèi)部開關(guān)設(shè)備的預(yù)防性試驗工作，通過預(yù)防性試驗可以可靠判斷高壓開關(guān)柜的實際運行情況。在進(jìn)行預(yù)防性試驗時要嚴(yán)格遵循相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范，如果試驗中得到的數(shù)據(jù)有異常，則要進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并結(jié)合以往歷次預(yù)防性試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而得出具有說服力的結(jié)論。值得注意的是，結(jié)論的得出不能僅僅依靠所得到的一組數(shù)據(jù)，綜合多次數(shù)據(jù)來對高壓開關(guān)柜所存在的隱患進(jìn)行判斷和確定。在完成預(yù)防性試驗后，及時完成高壓開關(guān)柜的復(fù)原工作，復(fù)原過程中要特別注意開關(guān)柜內(nèi)部各接觸點和接觸面的接觸一定要良好，避免出現(xiàn)接觸不良所導(dǎo)致的異常發(fā)熱問題。

　　4.2重視10kV高壓開關(guān)柜的日常檢修和維護(hù)工作

　　10kV高壓開關(guān)柜運行效率的提高和故障率的降低離不開日常檢修和維護(hù)工作。在實際檢修和維護(hù)工作中，要特別注意對開關(guān)柜內(nèi)部開關(guān)設(shè)備觸頭的檢修和維護(hù)，要做到定期查看。首先要保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，彈簧沒有松動或脫落；其次要查看觸頭的外觀是否有氧化變色痕跡，同時還要檢查觸頭以及觸頭片表面的光滑程度。在完成上述檢查工作后，需在觸頭上涂抹一層電力行業(yè)專用的導(dǎo)電膏，以有效減小觸頭間的電阻值，增加開關(guān)柜內(nèi)部開關(guān)設(shè)備的導(dǎo)電性能，保證高壓開關(guān)柜及其內(nèi)部開關(guān)器件的工作效率和使用壽命。

　　4.3加快10kV高壓開關(guān)柜的新技術(shù)研發(fā)和更新?lián)Q代

　　隨著電力行業(yè)新技術(shù)的不斷開發(fā)和新產(chǎn)品的不斷推廣應(yīng)用，各種重要的電力設(shè)備都呈現(xiàn)出越來越快的更新?lián)Q代速度，對于10kV高壓開關(guān)柜而言，緊跟潮流，加快新技術(shù)的研發(fā)和更新?lián)Q代。具體而言，就是要在10kV高壓開關(guān)柜中大力應(yīng)用目前已經(jīng)得到長足發(fā)展和進(jìn)步的自動控制技術(shù)和新型低電阻率材料等。此外，電力企業(yè)的10kV配電網(wǎng)運行管理部門要轉(zhuǎn)換觀念，重視起對陳舊落后10kV高壓開關(guān)柜的更新?lián)Q代工作，要意識到只有新型可靠的電力設(shè)備，才能更好地保證10kV配電網(wǎng)的安全、可靠運行，同時還能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是電力系統(tǒng)長期安全運行的保障。

　　4.4推廣應(yīng)用10kV高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測技術(shù)

　　要在10kV高壓開關(guān)柜中推廣應(yīng)用溫度在線監(jiān)測技術(shù)，雖然該技術(shù)近年來才開始發(fā)展，但其基礎(chǔ)卻是目前已經(jīng)發(fā)展較為成熟的計算機(jī)技術(shù)、檢測技術(shù)和自動控制技術(shù)。而且實踐研究表明，溫度在線監(jiān)測技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中應(yīng)用具有良好的效果，因此值得對其進(jìn)行更深層次的開發(fā)，并在合適的時間開展推廣應(yīng)用工作。通過對高壓開關(guān)柜內(nèi)部開關(guān)接頭、觸頭、母排、連接導(dǎo)線以及相關(guān)附件等關(guān)鍵設(shè)備的溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，可以使運行人員實時掌控10kV高壓開關(guān)柜的運行情況，從對開關(guān)柜的異常溫升作出及時反應(yīng)，避免故障擴(kuò)大，造成更為嚴(yán)重的事故。

　　5安科瑞無線測溫系統(tǒng)

　　5.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000T無線測溫監(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)計遵循國際標(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、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(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、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。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　5.2系統(tǒng)功能

　　測溫系統(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)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

　　溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

　　運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

　　實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，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)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。 

　　5.3系統(tǒng)硬件配置

　　溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

　　6結(jié)束語

　　為了保證智能化無人值守變電站中10kV高壓開關(guān)柜的安全可靠運行，隨著新技術(shù)的不斷開發(fā)與應(yīng)用，智能化變電站電氣設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，與此同時，10kV高壓開關(guān)柜的在線測溫技術(shù)也必將得到進(jìn)一步的應(yīng)用與推廣。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]蔡建仁.智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)研究

　　[2]劉軍．高壓大電流開關(guān)柜的散熱問題及解決方案[J]．中國電業(yè)：技術(shù)版，2013，（3）.

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

　　[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10