高壓開關柜溫度監控系統/高壓開關柜溫度在線監測系統

1.高壓開關柜實行溫度在線監測的必要性：

  高壓開關柜作為電力系統中非常重要的電氣設備。現代電力系統對電能質量的要求越來越高，相應地對高壓開關柜的可靠性也提出了更高的要求。隨著電網的發展和設備技術的提高，10，35kV系統開關柜在電網中已大量使用。而開關柜的內部過熱現象已成為開關柜使用中的常見問題，由于開關柜體的密閉性，在一些負荷較重的地區，存在開關柜的溫升超標問題。開關柜的溫升超標，直接影響設備的安全穩定運行，而且，過熱問題是一個不斷發展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設備壽命產生很大的影響。目前，對電力系統內部使用的開關柜，嚴格遵守設備采購程序及技術政策，確保入網的開關柜都通過型式試驗，尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中，負荷通常都不會達到開關柜的設計滿容量，開關柜的溫升問題應該不會很突出，但是實際情況并不盡然。開關柜內部實際溫升情況，尤其是母排連接等部位，通常總是比型式試驗測出的數據高。

2.高壓開關柜溫度過高的幾點原因：

(1)試驗測得數據通常在試驗室完成，持續時間不長，一般不超過8h，不具備溫升累積效應，不能等同于長期運行并持續發熱的設備。

(2)不同金屬的膨脹效應不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數要比銅質、鋁質母線小得多，尤其是螺栓型設備接頭，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產生蠕變，也就是金屬在應力的作用下緩慢的塑性變形，蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關系。實踐證明，當接頭處的運行工作溫度超過80℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面位置錯開，形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時，由于接觸面氧化膜的覆蓋，不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環所增加的接觸電阻，將會使下一次循環的熱量增加，所增加的溫度又使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環。

（3）連接部位緊固螺栓壓力不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好，其實不然。特別是鋁質母線，彈性系數小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，若材料的強度差，再繼續增加不當的壓力，將會造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻增大，從而影響導體接觸效果。

(4)選用的導體材料電導率不滿足要求，多數屬于導體原材料純度不夠。

(5)現場的其它因素，比如可能存在安裝檢修工藝不當，如母線在加工、連接、安裝過程中，對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂電力脂等，導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發熱。

  現代社會對電能的依賴性*，用電密度越大的地區對電的依賴性越高，因而對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求。做為目前普遍使用的小車式開關柜由于斷路器與開關柜之間采用插頭聯接，當小車與開關柜因制造、運輸及安裝不良等都將引起觸頭接觸不良，接觸電阻增大，出現觸頭溫升過高，甚至燒毀停電，這些現象在大電流開關柜如進線柜上尤為突出，且影響極大。電力系統高壓設備在長期運行過程中常出現表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動,觸點和母線排連接處老化等問題,造成設備過熱甚至出現嚴重事故.而開關柜內有裸露高壓, 空間封閉狹小,無法進行人工巡查測溫,傳統的測溫方式都無法有效地解決這個問題. 無線測溫系統是將溫度傳感器安裝到開關柜內的帶電接頭觸點上,在線測量該點溫度 后,以無線方式將數據上傳,集中顯示,并實現超溫報警.還可與電力自動化系統連接,用 戶在遠端監視設備溫度運行狀態,系統發現設備溫度異常,自動遠程報警,以便及時消 除事故隱患. 為避免此類事故的發生，開發一種能即時監測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切(國外已有個別公司開發了這類產品)。

3.現有方案的比較

(1)普通測溫：常規的熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫方式，需要金屬導線傳輸信號，絕緣性能不能保證。 我們的無線測溫系統具有優異的絕緣性能，能夠隔離開關柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關柜內的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度。

(2)紅外測溫：紅外成像儀無法透過柜門測量內部設備，開關柜運行時必須關閉柜門，導致紅外方式無法測量。 我們的無線測溫系統溫度傳感器直接安裝到帶電物體的表面，可在封閉的柜體內直接測量設備溫度后，以無線方式傳出。

(3)光纖測溫：光纖式溫度測溫儀采用光纖傳遞信號，其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折，易斷、不耐高溫。積累灰塵后易使絕緣性降低，且在柜內布線難度較大，造價高。我們的無線測溫系統沒有復雜的引線，*絕緣，造價低廉。

5.軟件簡介 
1．可將采集到的溫度數據按所屬變電站、開關柜以及線路進行分別顯示，方便工作人員對每一級的情況進行掌控。還可將采集到的溫度數據以web的形式發布，供企業內部參考使用。 
2．設有溫度報警閥值。如采集到的溫度數據高于此報警閥值，則在客戶端彈出報警窗口，提示工作人員采取必要措施。也可直接以短信通知相關人員。 
3．具有直接顯示實時溫度數據和高溫度數據的功能，也可查詢某個時間段的歷史數據，并繪制曲線，以圖形化的方式反映狀態量的變化情況。整個軟件簡單明了，直觀方便，并具有電子地圖、時間跟蹤及打印功能，記錄、備份十分方便。 
4．可通過軟件調節下位機和溫度傳感器的溫度報警閥值和測量時間。

6.技術特點分析

實時監測高壓開關柜內接點的運行溫度, 可確定觸點接頭處的過熱程度, 當發生超溫時, 系統就會發出 報警指示。溫度傳感器被安裝到開關柜內的帶電觸頭上, 測溫通信終端負責收集開關柜內所安裝的溫度傳感探頭的溫度數據, 并將所收集的數據通過MODBUS 總線網絡傳到上位管理機, 通過上位計算機中的軟件對所 接收到的溫度數據進行分析, 發現超過警戒的溫度或探頭故障則即時報警。采用先進的數字化及無線傳輸技術, *的絕緣性能, 使用方便經濟。無線傳感器內部經過特殊工藝處 理, 溫度參數變化通過無線傳輸方式到測溫通信終端。接收到的溫度信號準確可靠。無論是安裝、運行、維 修都會高度安全、可靠。不會對一次設備產生任何干擾和影響。標準化設計, 可方便擴展與其它系統互連, 費 用低廉, 安裝靈活。從溫度信息采集到數據處理、 顯示、通信自成系統, 可與電力系統綜合自動化系統相連接, 也可和電力系統的局域網、廣域網相連 接, 融入電力自動化綜合控制系統。

1）高壓隔離：實現高壓設備在線監測，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個問題有兩個途徑：一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離。空間隔離，信號可由光傳送或無線電傳送，本系統采用無線信號傳送，它具有隔離*、結構簡單、抗干擾能力強、工作可靠等特點。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長的沿面爬電距離。

2）抗干擾措施：高壓開關柜運行在高電壓、大電流的狀態，系統事故瞬間還出現強烈的電磁暫態過程，這些都產生強電場、磁場及強電磁干擾，這對于微電子系統及微弱信號處理非常不利。為消除這些干擾，同時采用各種抗干擾技術：

1）在軟件設計上應用數字編碼、解碼技術，剔除干擾信號，并使用了軟件濾波技術

2）在硬件上采用金屬屏蔽，加強各級濾波消除高頻干擾。檢測器與測溫點處于同一電位，減少電場的影響。

3）采用ZIGBEE無線技術。ZIGBEE是一種搞可靠地無線通信方式：

物理層RF 通信鏈接

       直序擴頻采用高處理增益(DISSS)
       明晰的信道檢測
       對干擾能量進行檢測
       采用跳頻技術Frequency agility。
軟件協議抗干擾措施

        基于CRC的誤碼檢測/校正
        采取了避免沖突的策略CSMA/CA
        為固定帶寬的通信業務預留了的有保證的時隙
        發送的數據包都有待于接受方的確認，如出現問題進行重發
        保持數據包的及時傳輸Packet data freshness      
     3）供電方式：為消除強電場的影響，溫度檢測器與測溫點處同一高電位，檢測器工作電源不能從外部供給，只能由內部產生，為此，在主導電回路上安裝一感應線圈作為電源。但由于開關柜工作電流變化很大，一般可達十幾倍，為保證感應線圈能提供較為穩定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，適當選擇鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩壓裝置，向檢測器提供穩定可靠的電源（正常工作范圍30A-2000A）。

4）每個溫度探頭具有*的ID：當無線傳感器發送被監測點溫度的同時，把其自身的編號（ID號）也傳輸出來，這些數據終被傳輸到計算機時，計算機根據事先在數據庫中保存的傳感器編號與安裝地點關系，自動確定各監測點的溫度。
這一特點非常適合變電站具有大量監測點的應用，提高了系統的自動化程度，減輕了人工測溫時的繁瑣手工記錄工作。 （2）無線溫度數據傳輸傳感器與測溫終端之間采用無線連接，不需要在復雜的電網環境下增加額外的線路，既方便了系統的安裝與維護，又減少了對電網安全運行的影響，使系統的安全性、靈活性得到極大提高。

5）每天24小時連續在線監測：傳感器每隔一定時間（可以事先設定）主動及輪尋測量監測點的溫度數據，計算機實時收集并記錄所有監測點的溫度數據，發現異常立即報警。解決了試溫片、紅外等測溫方法需要人工到現場巡視、掃描造成延誤而引起的故障。

6）系統具有趨勢分析功能：對每個監測點測得的溫度數據作長時間保存記錄，并實時進行分析。對溫度變化呈現逐步升高的監測點，在溫度沒有達到上限值之前，事先進行預警，把故障消除在萌芽狀態 。

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