淺談變電站開關櫃溫度在線監測係統設計

摘要：變電站主要是對電耗能和輸送、配電等方麵進行處理，其中最重要的要數變電站開關(guan) 櫃，該設備數量較多，並且每一台開關(guan) 管之間均相互影響、相互作用，在日常工作運行當中如果有一台變電站開關(guan) 櫃出現停止運行或者安全事故等情況，會(hui) 牽連到整個(ge) 變電站的輸送配電情況，造成較大事故。

關(guan) 鍵詞：變電站開關(guan) 櫃；設備無線測溫係統；

0引言

變電站高壓開關(guan) 櫃設備在長期運行過程中，開關(guan) 櫃內(nei) 的觸點、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和鬆動導致在正常負荷下發熱現象，如果不能對這些部位的溫度進行有效的檢測，可能會(hui) 導致整個(ge) 變電站運行的癱瘓。如何設計一個(ge) 實用的溫度檢測係統對開關(guan) 櫃進行快速、準確的檢測，是需要研究的重要課題。

1國內(nei) 外研究現狀及發展趨勢

1.1紅外成像測溫

紅外成像測溫最早出現在上世紀的瑞典，因其具有先天的優(you) 勢，所以一步一步得到較快的發展。紅外成像的原理簡單說就是任何物體(ti) 其本身都是有溫度，它能向外界發出熱量，而向外發出熱量的強弱可以定性的將其描繪出來，可以通過不同顏色進行繪製，從(cong) 而簡單易見，直觀發現。我們(men) 現在所常見的紅外成像儀(yi) 就是根據這個(ge) 原理製成的，用在開關(guan) 櫃上就是根據櫃內(nei) 設備所散出的熱量的強度，然後通過專(zhuan) 門的儀(yi) 器繪製成圖，就能非常直觀的觀測到熱量的強度而不用人為(wei) 的打開開關(guan) 櫃，減少不必要的損失的人員潛在危險。在我國電力這個(ge) 大的行業(ye) 中，紅外成像技術首先被引進，也得到比較廣泛的推崇和應用。

紅外成像技術的技術特點是在監測電氣設備的時候無需使設備停止運行就能檢測到溫度，這個(ge) 有點很適合用於(yu) 變電站，但是紅外成像技術也有它不好的一麵。紅外技術的精髓是發出不同的紅外線，然而紅外線的穿透能力不是很強，尤在遇到一些硬質物體(ti) 或者厚的鐵片的時候，其能力大大降低，而且紅外線受外界環境的的依賴也很大，不同的環境也將導致溫度信息傳(chuan) 遞的正確性。因此綜上所述，紅外測量技術用在變電站開關(guan) 櫃中不能做出比較準確的預測，精確度不高。

1.2光纖測溫

近幾十年來，光纖技術從(cong) 它的一出現就發展快速，光纖技術的優(you) 點己不用過多介紹，它相對於(yu) 電纜來說進步非常大，體(ti) 積小，附加的保護投入措施也很小，並且因為(wei) 它沒有電流幹擾，全程都是通過光的形式傳(chuan) 播，抗電磁幹擾能力非常強，這一點來說就非常適合在變電站等強磁場的場合下使用。光纖測溫因其優(you) 點比紅外測溫更較常用於(yu) 開關(guan) 櫃中，目前用在開關(guan) 櫃的場合主要分兩(liang) 種：一種是將光纖作為(wei) 溫度傳(chuan) 感器來使用；一種是將光纖作為(wei) 信號傳(chuan) 輸介質。由於(yu) 光纖傳(chuan) 遞的種種優(you) 點，如果將光纖傳(chuan) 遞作為(wei) 開關(guan) 櫃傳(chuan) 感器與(yu) 主站之間的傳(chuan) 輸媒介，用半導體(ti) 溫度傳(chuan) 感器作為(wei) 櫃內(nei) 測量溫度的探頭，這種方法也有缺陷，首先光纖傳(chuan) 遞費用昂貴，適合遠距離傳(chuan) 輸，而變電站開關(guan) 櫃與(yu) 主站之間距離太短，而且與(yu) 監控中心最遠不過幾十公裏，另外，半導體(ti) 溫度傳(chuan) 感器探頭的抗幹擾能力太差無法適應變電站惡劣的環境也是次方法被不用的原因之一。

1.3無線測溫

通常分為(wei) 有源和無源測溫，有源無線測溫的簡單測量原理是將溫度傳(chuan) 感器（多為(wei) DS18B20）放在被檢測的部件上，采集部件的溫度信息（為(wei) 數字信號），然後溫度信號以無線通信的方式進行傳(chuan) 輸，其供電方式則是電池供電。缺點是傳(chuan) 感器探頭及無線發射電路采用電池或小電流互感器取能供電，電池存在使用壽命短和更換困難的問題，互感取能存在電流大小不易控製和安裝困難問題。

2高壓開關(guan) 櫃測溫的特點

在線測溫方式高壓開關(guan) 櫃有規定，與(yu) 普通的測溫有區別：

（1）溫裝置的高壓絕緣問題突出

高壓開關(guan) 櫃通過櫃體(ti) 內(nei) 測溫裝置和櫃體(ti) 外溫度接收裝置，把測得高壓溫度數據輸送出去，同時櫃體(ti) 內(nei) 外的高、低壓側(ce) 會(hui) 產(chan) 生高壓絕緣現象，有效的隔離措施必須采取，否則就會(hui) 產(chan) 生絕緣故障。

（2）開關(guan) 櫃的原有功能不受測溫裝置影響

開關(guan) 櫃是由斷路器和櫃體(ti) 組成，可操作性的設備是斷路器，所以斷路器等可操作設備的操作功能不受測溫設備的影響。

（3）紅外測溫等方法不能適應現場的開關(guan) 櫃結構

開關(guan) 櫃是由斷路器和櫃體(ti) 組成，絕緣熱縮包封是針對櫃體(ti) 內(nei) 導電部位，減少小型物種進入櫃內(nei) 引起短路和櫃內(nei) 受潮汙垢等造成閃汙現象。

（4）高壓開關(guan) 櫃的運行環境的嚴(yan) 重電磁幹擾

櫃內(nei) 的電壓、電流以及變電站內(nei) 都會(hui) 不可避免的產(chan) 生巨大的電磁輻射，削弱測溫係統的測溫性能，測溫數據的準確性會(hui) 降低。應采取減小誤差的方式和適當的校驗措施來提高溫度數據的準確性。

3 SAW測溫係統的硬件設計

3.1溫度數據采集

通常安裝在被測部位的表麵，像高壓開關(guan) 櫃內(nei) 的母線連接接頭和裸露觸點等位置。用於(yu) 溫度信號的感應和輸送的無線溫度采集器，其結構包括溫度傳(chuan) 感器、測量電路、邏輯控製電路、無線收發電路。

溫度采集器是測量櫃內(nei) 溫度的最下層的構件，使用saw用於(yu) 檢測溫度信息，無線發射電路使用433MHz的發射電磁波，站內(nei) 開關(guan) 櫃內(nei) 的SAW傳(chuan) 感器傳(chuan) 感頭接收到後轉換為(wei) 自己的能量，並將測量到的觸點溫度調製到電磁波上，並以無線方式將調製數據傳(chuan) 到采集終端上，實現被測點溫度信息的實時采集，從(cong) 而實現非接觸溫度測量。

3.2係統通信實現

通信管理裝置，它是連接各個(ge) 部件的中間橋梁，將開關(guan) 櫃內(nei) 溫度傳(chuan) 感器檢測的溫度信息輸送出去，最終的接受方是供電公司調度大廳的信息監控中心，通信係統是否安全快捷也是判斷這個(ge) 係統整體(ti) 是否有效的原因之一。信息通信係統可實現對各種不同種類的開關(guan) 櫃內(nei) 溫度測量部件或測量單元的測量控製、通信管理、數據采集以及數據處理，將檢測結果和設備狀態通過專(zhuan) 門搭建的用於(yu) 電網通信的內(nei) 部專(zhuan) 網傳(chuan) 送到站控中心和遠方的監控和數據采集管理係統。

隨著現代社會(hui) 工業(ye) 分布式控製係統的發展，RS-485通訊作為(wei) 一種抗電氣噪聲幹擾能力更強，能夠傳(chuan) 輸更遠距離的數字通信方式應運而生。RS-485標準在用於(yu) 變電站與(yu) 調度中心控製室的傳(chuan) 輸距離上是合理的，並且還具有傳(chuan) 輸速率快和抗幹擾能力強等幾大優(you) 勢，通常被用作為(wei) 一種相對經濟、具有相當高噪聲抑製、相對高的傳(chuan) 輸速率、傳(chuan) 輸距離遠、寬共圍的通信平台。

3.3SAW測溫係統的軟件設計

基於(yu) SAW的溫度監測係統的軟件設計部分，軟件可直接測試以及監測溫度係統的工作情況，仿真後可直接在電腦上顯示。此溫度監測係統的係統前期是係統自檢，看看係統是否能可靠運行，隨後再進行溫度的監測，主要分為(wei) 兩(liang) 部分，一部分為(wei) 溫度的檢測，首先是溫度數據采集；信號傳(chuan) 輸；數據分析處理和診斷。溫度數據采集是由安裝在開關(guan) 櫃內(nei) 高壓設備關(guan) 鍵測溫點上的聲表麵波傳(chuan) 感器收集的第一手溫度數據，然後將檢測到的溫度數據通過無線方式傳(chuan) 輸到采集終端，進行計算與(yu) 設定的溫度進行比較，看是否超溫。另二部分則為(wei) 溫度係統的警報，如果超溫，則報警係統通過報警裝置報警，以通知相關(guan) 工作人員及時處理，同時將超溫數據打印出來，以供參考。不管是超溫還是沒有超溫，都要在調度監控中心的屏幕上看到。

4安科瑞無線測溫係統

4.1係統結構

Acrel-2000T無線測溫監控係統通過RS 485總線或以太網與(yu) 間隔層的設備直接進行通訊，係統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳(chuan) 輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了極大地提高。該係統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫係統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴(yan) 重故障發生。

溫度在線監測係統結構圖

4.2係統功能

測溫係統主機Acrel-2000T安裝於(yu) 值班監控室，可以遠程監視係統內(nei) 所有開關(guan) 設備運行溫度狀態。係統具有以下主要功能：

溫度顯示：顯示配電係統內(nei) 每個(ge) 測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

1. 溫度曲線：查看每個(ge) 測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

1. 實時告警：係統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。係統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，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。

1. 曆史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析等。

4.3係統硬件配置

溫度在線監測係統主要由設備層的溫度傳(chuan) 感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關(guan) 以及站控層的測溫係統主機組成，實現變配電係統關(guan) 鍵電氣部位的溫度在線監測。

5結語

變電站開關(guan) 櫃是保證輸送電壓的關(guan) 鍵。有句俗話叫做“工欲善其事，必先利其器"，材料的發展水平是器件的關(guan) 鍵，就目前而言，新型敏感材料的研究方向包括薄膜材料和複合壓電材料的研究等，因此為(wei) 了提高傳(chuan) 感器在實際測量中的精度及敏感度，需要提高製作工藝。

安科瑞侯文莉