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浅论无线测温技术在智能化变电站10KV高压开关柜中的研究与应用
2021-7-23 阅读(761)
刘丹
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：在智能化变电站设备中，对其基本结构进行分析，以及智能化变电站设备的基本运行进行研究，从而实现10kV高压开关柜在线测温技术的投入使用。在这个前提下，阐述介绍10kV高压开关柜在线测温技术的主要内容，对10kV高压开关柜在线测温技术的相关应用优缺点进行对比分析，希望更好的将在线测温技术运用在智能化变电站10kV高压开关柜上。
关键词：高压；智能化变电站；温度测量
0 引言
在10kV配电网中，10kV高压开关柜就是用来进行电气配备的电气设备，由于其工作时间较长，所以承担的高负荷电流也就较多，由于高负荷电流的影响，并且10kV高压开关柜的各组件接头发生松动等现象，这会导致lOkV高压开关柜中的电阻变大，如果电阻变大了，就会导致lOkV高压开关柜内部热量升高，容易使其内部出现一定的损坏，所以，采取的在线测温技术至关重要，合理的控制10kV高压开关柜内部的温度，进而保证lOkV高压开关柜能够正常的运行。
1 10kV高压开关柜在线测温的重要意义
在电力系统中，系统负荷分配的重要电气设备就是高压开关柜。有时候，高压开关柜长期长期使用，并且受到柜内接点材质不良、插头位置不当、动静触指弹簧没有严密接触等因素的影响，就会导致开关柜温度变高，容易出现安全事故。某电网公司在2013～2014年这段时间内，高压开关柜事故出现6起，在这6起事故中，由于发热原因所引发的有3起，占事故总数的一半．同时，3起事故斗导致了主变压调压器跳闸以及母线失压。这种情况，不仅容易使开关柜内的相关电气设备损坏．而且还会使大范围停电，对企业和居民产生了较大的影响。所以我们要避免这种情况的再次发生，一定要采用相关技术手段，保障高压开关柜能够稳定运行。
现阶段，高压开关柜一般都是金属密封结构，这能对开关柜安全进行的保证，减少不必要的伤害。所以，以往的测温方法已经不能用于现在的开关柜结构尤其是KYN型中置移开式开关柜，绝缘材料对导电位置产生了大的干扰，导致以往的红外测温手段不能准对内部设备的温度进行测量。所以，在10kV高压开关柜中要使用开关柜内部测量的方法，对柜内元件进行实时监测，以便及时发现温度过高的情况，也能更及时的对其进行处理，从根本上避免安全事故的发生。
2 10kV高压开关柜在线测温技术的主要内容
10kV高压开关柜的柜体一般是全封闭式的，由于柜内的空间很小，并且柜中的设备较多，导致电气设备的安全距离非常狭小，这就增加了测温工作的难度。以往的测温技术大多存在着一定的不足之处，使用以往的计术对10kV高压开关柜测温时，往往不能达到理想的效果。所以，研究新型的在线测温系统势在必得。
2.1基本原理
AW的工作原理主要是：采集器使用天线对SAW传感器传输无线电磁波信号，SAW传感器受到电池波信号后。叉指换能器引发声表面波，导致声表面波顺着压电基材表面传递到反射区，然后再传递回又指换能器，最终由叉指换能器利用天线对采集器发射反向电磁波，采集器最后进行接收。
2.2系统构成
a站控层。主要是站内监控磁通以及SCADA系统构成，其主要功能为：实现站内、远程高压开关柜实时检测及应用等。
b间隔层。这是测温系统的集中服务器。各站内都会设立一台集中服务器，使用RS485总线的手段，使各个高压开关柜的温度采集器相连接，把站内所有开关柜的温度信息整体分类。并且间隔层还要提供103／104标准通信规约．进而完成与站控层之间的沟通。同时，集中服务器应同时提供24V的电源输出，以供采集器正常工作。
c过程层。主要是传感器以及天线。其中传感器主要在高压待测温点进行安装，如开关接头、电缆出线接点以及进线母线接点等。
3 10kV高压开关柜在线测温技术的特点
3.1非接触式的测温技术的优缺点
就我国情况而言，在10kV高压输电系统中，常用的开关柜就是XGN开关柜以及KYN开关柜。其主要组成是：隔离开关、断路装置以及电缆接点等组成，这样开关柜中容易出现一定的杂物,比如一些灰尘或者堆放的杂物,这些灰尘和杂物直接对开关柜的工作情况产生影响，所以，就要关注这两种电气设备内部清洁问题，对杂质以及灰尘等及时进行清理工作，而且要正握其内部的温湿度，预防潮气过大，影响其正常运行。目前的XGN开关柜中，一般都在导电的位置做相应的绝缘热缩处理，简单来说，在XGN开关柜中，可能进行测温的部分都用绝缘层进行覆盖，在这种环境下,导致相关的检测人员不能在开关柜外对设备的里面开展测温工作。
3.2测温装置要进行高压绝缘处理
在10kV高压开关柜投入使用中，正规电压额度为10kV，但外部检测设备不能对其内部开展的测温工作，所以，就要采用在线测温的方式，在变电站高压开关柜中的需要着重注意的温度点上，配置相应的温度检测设备，把相对应的温度检测信号接收装置，安放在开关柜的之外或放置在开关柜表面，不管安置开关柜之外还是外表面，都要使用相应的技术手段，把测温装置与接收装置进行高压隔离处理，其中需要关注的是，在进行测温装置前期安装的时候，要格外小心，对开关柜内部的电气元件注意。防止其发生人为损坏，终上所述，测温装置的高压绝缘设定会严重影响在线测温技术的实施。所以．相关的技术人员要注意。
3.3对开关柜内部原有电气元件要注意
在10kV高压开关柜中，一些相应的电气元件本就比较多，这些电气元件具有相应的操作原理．同时也具有相应自身属性．这些电气设备要根据运行的实际情况，合理的选择相应的使用方法。在这种情况下，要想保证相应测温工作正常的运行，在安装工作中就要注意，开关柜自身的电气设备元件要保护．避免安装过程中对其产生损坏，保证其能够正常的运行，可以发挥出其原有的性能，只有这样，10kV高压开关柜的整体运行质量才能得到提高。
3.4适应开关柜内部恶劣的工作环境
就我国目前情况而言。建设的10kV高压开关柜比较多，但内部结构大多是全封闭式的金属结构，开关柜内部与外部是出于隔离状态的．在开关柜的内部，空气大多不能正常流通，并且其温度也相对较高，在工作中，其承担的电流负荷量通常也比较大，有时变电站也会对其产生一定的电磁干扰，所以环境相对较为恶劣，在这种情况下，要想发挥出在线测温技术的实际应用效果，我们就要采取一定的科学手段、使用相应的技术措施，对在线测温技术的抗干扰能力进行提升，并且其负荷能力也要进行提高，进而保障在线测温数据的完整性和实际性。
4 10kV高压开关柜在线测温技术研究现状
4.1红外测温法
红外测温法是非直接接触测量方法中的典型方法。现在的红外测温仪使用起来都很方便，大部分还具备一些扩展功能，比如可以进行拍照以及自动寻找最高温度点，在现代电力行业中得到非常广泛的应用。但对于10kV开关柜来说,受到开关柜内部元件及绝缘体的影响，红外线可能被阻挡，使测温工作难度，测量结果的精准性不能得到保证，校正进行中也会出现一些麻烦，所以其通用性就较低，只适用于早期的10kV开关柜的测温工作。
4.2无线测温法
无线测温法是新型的的一种测温方法。对于这种测温方法来说，分散式测温设备直接作用在每个测温点上，但在温度信息接收设备设立过程中，设立位置与开关柜要保留一定距离．可以使用无线技术的进行沟通．进而完成高压的分离与绝缘工作。但是，无限测温技术也存在一些不足。其中主要问题就是测温设备稳定性的问题,因为这种装置使用的大多是电流感应式电源,这种电源能量大小会因为电力荷我的改变发生变化，如果电力荷载变化情况过大，其能量的改变幅度也会特别大，这样可能会引起测温装工作时可能出现断电的情况。
4.3光纤测温法
光纤测温技术是近年研究开发的测温技术。其优点是能够使开关柜内存在的电气元件在测温过程中，能够与检测设备紧密接触。随着光纤的使用，大便利了测温工作，其对附近的电磁环境具有一定的抵抗力，也避免对开关柜内部机械元件的特性产生损坏，具有在辐射强、电压高、侵蚀性打以及具有电磁影响等恶劣环境下能够连续不间断的进行测温工作，这是其他测温技术所不能实现的，所以非常适合10kV高压开关柜中的测温工作。
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，安全性、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，可以向发送吿警信息短信.
■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安全稳定运行，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、管理提供可靠的安全保障。
■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 结束语
随着新技术的不断研究与开发，智能化自动变电站中10kV高压开关柜的安全性也得到了保证．智能化变电站电气设备状态也被逐渐应用到工作中，进而，10kV高压开关柜的在线测温技术也将更好更快的发展。
【参考文献】
[1]王小华,苏彪,荣命哲,等.高压开关柜在线测温设备研制[J].高压电器，2009(02)：45～46.
[2] 蒲伟.浅论智能化变电站lOKV高压开关柜在线测温技术.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
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