摘 要：作為保證系統(tǒng)安*全運行的重要設備的壓開關柜裝置,其內(nèi)部導電連接處過熱會導致電氣設備的損壞,更嚴重的是可能還會發(fā)生火災等嚴重事故。因此,電力系統(tǒng)中電器設備安*全運行的一個重要課題就是對壓開關柜實施在線監(jiān)測。本文主要研究的是針對壓開關柜接點的無線測溫技術(shù),闡述了壓開關柜在無線測溫的技術(shù)特點及工作原理，具有測量數(shù)據(jù)準確、可靠性、絕緣性能好的特點,能很好的適應現(xiàn)場需求,可以在壓開關柜中廣泛應用。同時介紹了在某風電場項目應用操控及無線測溫技術(shù)，并實現(xiàn)及時告警避免了嚴重事故的發(fā)生。 

關鍵詞：壓開關柜；電氣接點；無線測溫

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概述

我國電力系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，增加了壓開關柜的運行壓力，隨著電網(wǎng)的改*革與建設，壓開關柜的數(shù)量越來越多，增加了故障的發(fā)生機率。壓開關柜內(nèi)存在的電氣連接點主要包括母線銅排連接點，手車動靜觸頭連接點以及銅排和電纜連接點，在這些點位需安裝溫度傳感器進行溫度測量。

溫度測量技術(shù)的選用：傳統(tǒng)的測溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫，溫度傳感器與測溫儀之間采用金屬導線傳輸溫度信號。電氣設備測溫檢測，由于溫度傳感器直接安裝于壓接點/觸點上，其信號傳輸金屬導線的絕緣性能無法保證。 同時，對于改造類項目實施難度較大，因此推薦采用無線測溫方法進行檢測。目前無線測溫方法包括電磁感應供電無線測溫、電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。紅外測溫需要鏡頭對準發(fā)熱點，塵土震動對其影響較大；有源無源測溫較合適，無需布線，易于安裝，但有源測溫需要外供電池，受電池壽命影響，需要更換；電磁感應供電無線測溫具有測溫速度快、周期短、免維護、使用壽命長、故障率低等特點。

無線傳輸技術(shù)選用：無線通信是利用電磁波信號在自*由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，其中應用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信方式包括：Sub-1G技術(shù)、藍牙技術(shù)(Bluetooth)、工業(yè)無線技術(shù)( WiFi)、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場通信技術(shù) (NFC)。藍牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無線傳輸技術(shù)，傳輸距離10m范圍以內(nèi)，至傳輸速率約1 Mb / s，其有效速率約為 723 kb / s；超寬帶技術(shù) (UWB)傳輸速率一般結(jié)余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m；近場通信技術(shù)(NFC)適用于近距離貼近操作。Sub-1G技術(shù)的主要特征包括：傳輸速率較低;通信距離較長；設備功耗很低，發(fā)射輸出僅為10dBm；通信組網(wǎng)簡潔。這些主要特征使Sub-1G 通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

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產(chǎn)品方案

某風電場項目的對傳感器要求如下：

1）非電池供電（采用感應取電方式供電）的無線溫度傳感器

2）無線頻率：470MHz；

3）啟動電流：≥5*A； 

4）測溫范圍：-50 ℃～+125 ℃；

5）采樣頻率：15s；

6）發(fā)射頻率：15s；

7）精    度：±1℃；

8）工作溫度：-40 ℃～+85 ℃；

9）至大工作電流：一次額定電流 5000 A；

10）溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應達到可能影響開關柜一次設備絕緣及被測點正常工作的溫度，裝置的電流互感器線圈通過1250 A，30 min，環(huán)境溫度為20 ℃時，無線溫度傳感器表面溫升不應超過10 K。

11）傳輸距離：空曠距離不大于150米。

該項目的對智能操控及無線測溫一體裝置要求如下：

1）一次動態(tài)模擬圖，斷路器分合位置動態(tài)顯示；接地開關位置動態(tài)顯示；彈簧儲能動態(tài)顯示；

2）兩路溫濕度控制*器功能，通訊線長4米6米，液晶顯示；

3）語*音防誤提示功能，人體紅外感應探*頭；

4）加熱器斷線報*警；

5）柜內(nèi)照明操作；

6）（除PT柜外）分合閘、儲能、遠方/就地開關；

7）壓帶電顯示和閉鎖裝置；

8）RS485通訊功能，Modbus 通訊協(xié)議；

9）裝置工作電源應滿足*交直流通用，支持AC/DC110、AC/DC220V自適應；

10）壓斷路器觸頭6點測溫

根據(jù)上述要求，故此選擇安科瑞的無線測溫產(chǎn)品如下表。

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項目現(xiàn)場應用

某風電場項目，對壓柜開關柜進行綜合監(jiān)控，并對斷路器的觸頭進行溫度實時監(jiān)測。在監(jiān)測過程中，一臺壓柜斷路器的下觸頭的C相電流溫度達116.8℃，智能操控裝置及時進行了語*音告警，并對該超溫告警進行事件記錄。同時，工作人員斷開壓柜斷路器，推出動觸頭后發(fā)現(xiàn)該相觸頭有損壞，事故原因為斷路器觸頭接觸不*良。由于安科瑞的操控測溫裝置的及時告警，幫助現(xiàn)場及時排查問題避免了事故發(fā)生。

裝置告警界面圖

       現(xiàn)場斷路器事故圖片

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開關柜溫升原因分析

目前，電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關柜，都要通過型式試驗對入網(wǎng)的開關柜進行處理，在溫升方面，要求比較嚴格。根據(jù)相關理論進行分析可知，在實際運行過程中，通常情況下，負荷不會達到開關柜的設計滿容量，更不會引發(fā)開關柜的溫升問題。但是，實際情況并非如此。根據(jù)實際運行經(jīng)驗可知，隨著負荷的不斷增加，使得開關柜的溫升迅速增加。當負荷超過開關額定電流的75%時，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時早已不符合標準要求。當負荷比較低時，溫升現(xiàn)象不明顯。在實際運行中，與試驗室測出的溫升數(shù)據(jù)相比，開關柜實際溫升水平普遍比較，并且多數(shù)情況下，當溫升超標時，開關柜甚至遠沒有達到設計滿容量。對于壓開關柜來說，開關觸頭、母排連接點的實際溫升，通常情況下總是于試驗數(shù)據(jù)，其原因主要表現(xiàn)為：

1.在試驗室完成型式試驗，測得相應的數(shù)據(jù)，在持續(xù)時間方面，雖然達到了穩(wěn)定溫升所需要的試驗時間，但現(xiàn)場環(huán)境復雜，加上試驗過程中，不具備溫升累積效應，不能等同現(xiàn)場長期運行并持續(xù)發(fā)熱的設備。

2.不同金屬在膨脹效應方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線的金屬膨脹系數(shù)小得多，對于螺栓型設備接頭來說表現(xiàn)得尤為突出，在實際運行過程中，隨著負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應力作用的影響和制約，導致金屬緩慢發(fā)生塑性變形。實踐證明，當接頭處的運行溫度超過80℃時，因過熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時受各種因素的影響，進一步產(chǎn)生微小的空隙，早成氧化腐蝕。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，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環(huán)都會使接頭的工作狀況進一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

3.連接部位緊固螺栓壓力不合理。對于導體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過程中，認為螺栓擰得越緊越好，實際并非如此。由于鋁質(zhì)母線的彈性系數(shù)較小，當螺母壓力達到臨界值時，如果材料強度比較差，當繼續(xù)增加壓力時，將會導致接觸面變形隆起，使得接觸面積進一步減少，使接觸電阻變大，進而影響導體的接觸效果。

4.由于導體原材料純度不夠，造成導體材料電導率不滿足要求。

5.其它因素，例如在加工、連接、安裝母線過程中，對母線接觸表面處理不到位、不夠平整，進而減少有效接觸面積，使接觸電阻變大而產(chǎn)生發(fā)熱。

以上的情況都會造成壓開關柜的溫升異常，所以加強對運行開關設備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題及時采取措施就變得非常必要。

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結(jié)語

近幾年隨，著人們對供電質(zhì)量要求逐漸提，壓開關柜作為配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，其本身的安*全性、經(jīng)濟性也受到了人們的重視。本文介紹的安科瑞無線測溫產(chǎn)品針對壓開關柜內(nèi)重要電氣節(jié)點的溫度進行監(jiān)測，防止在運行過程中因設備受環(huán)境污染，設備長期運行，嚴重超載運行，觸點氧化，接觸不*良等原因造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為隱患，提升設備安*全保障。安科瑞智能操控區(qū)別于由幾個單獨的電子裝置分別實現(xiàn)帶來的集成度低，配線復雜，可靠性差的缺點，實現(xiàn)大大提開關柜操控的集成度和智能化程度，對溫度進行在線監(jiān)測，通過溫升、突變、溫和超溫等告警機制及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，避免安*全事故的發(fā)生，降低設備事故率。

1.       【技術(shù)支持衛(wèi)星：CDD-9888】【公從號：安科瑞能效管理解決方案】

2.       云平臺：變電所運維云平臺、分布式光伏運維云平臺、建筑能耗云平臺、企業(yè)能源管控平臺、遠程預付費管控云平臺、宿舍預付費管控云平臺、充電樁收費運營云平臺、智慧消防云平臺、安全用電管理云平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云平臺；

3.       系統(tǒng)解決方案：變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)、能耗管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、馬達保護與監(jiān)控系統(tǒng)、動環(huán)監(jiān)控及能效分析系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源監(jiān)控裝置、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、余壓監(jiān)控系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)；無線測溫系統(tǒng)；

4.       中壓測控裝置：環(huán)網(wǎng)柜綜合保護裝置、微機保護裝置、開關柜綜合測控裝置、線路保護裝置、配電變保護裝置、電動機保護裝置、備自投保護裝置、電容器保護裝置、PT檢測裝置、低壓備自投裝置、公共測控裝置、防孤島保護裝置、電流互感器過電壓保護器、溫濕度控制器、無源無線測溫傳感器、CT取電無線測溫傳感器；

5.       電力監(jiān)控與保護：弧光保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電氣接點在線測溫裝置（智能濕度巡檢儀）、電動機(馬達）保護器、低壓線路保護器、智能剩余電流繼電器、三遙單元；

6.       電能管理：可編程交流電測儀表、可編程直流電測儀表、多功能全電量電表、精度網(wǎng)絡電力儀表、諧波表、電能質(zhì)量表、海拔儀表、逆電流監(jiān)測電表、電子式電能表、導軌式電能表、面板表嵌入式電表、預付費表、多用戶計量箱、物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線多回路計量交流/直流表、無線多回路環(huán)保檢測模塊、正反向直流電能表、無線通訊轉(zhuǎn)換器、智能照明控制裝置；

7.       電能質(zhì)量治理：有源電力濾波器、中線安防保護器、諧波保護器、靜止無功發(fā)生器、濾波補償裝置、電力電容補償裝置、集成式諧波抑制電力電容補償裝置、投切開關、功率因數(shù)補償控制器、自愈式低壓并聯(lián)電容器、串聯(lián)電抗器；

8.       電氣安全：電氣火災監(jiān)控探測器、剩余電流探測器、電氣火災監(jiān)控裝置、在線監(jiān)控路燈計量、無線測溫顯示單元、故障電弧探測器、故障電弧傳感器、隔離電源絕緣監(jiān)測裝置、醫(yī)療機構(gòu)絕緣報警顯示儀、醫(yī)療醫(yī)院用隔離變壓器、工業(yè)用絕緣監(jiān)測裝置、電氣防火限流式保護器；

9.       新能源：光伏采集裝置、電瓶車智能充電樁、汽車充電樁、光伏匯流采集裝置；

10.       數(shù)據(jù)中心/鐵塔基站：數(shù)據(jù)采集模塊、機房數(shù)據(jù)柜監(jiān)控裝置、多回路電表、母線監(jiān)控裝置、電力監(jiān)控屏；

11.       智能網(wǎng)關：通信管理機、無線通信終端（無線通訊轉(zhuǎn)換器）、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、串口服務器；

12.       電量傳感器：低壓電流互感器、開口式互感器、一次小電流互感器、0.2級電流互感器、低壓電動機保護器專用互感器、剩余電流互感器、霍爾傳感器、羅氏線圈電流變送器、模擬信號隔離器、有功功率變送器、無功功率變送器、直流電壓傳感器、浪涌保護器；

13.       環(huán)保監(jiān)控：油煙在線監(jiān)測儀、環(huán)保數(shù)據(jù)采集傳輸裝置；

進儲能群、電力群、光伏群；找供應商、找客戶、找圈子，

衛(wèi)星：CDD-9888（分享資源 合作共贏）