变电站 10KV开关柜温度监测技术分析与应用

变电站 10KV开关柜温度监测技术分析与应用

马继元 吴艳 徐雅新

国网乌鲁木齐供电公司 新疆乌鲁木齐 830001

摘要：随着时代不断的发展，整体技术的提高,10kV变电站开关柜内隔离刀闸触头接触部位、开关小车触头接触部位、导电排搭接部位、电缆头连接部位在运行中可能会产生发热缺陷，引发短路故障，造成大面积停电，降低了10kV用户供电可靠性并带来重大经济损失。分析示温蜡片温度监视技术、手持红外测温技术、有源传感器无线测温技术及无源传感器无线测温技术优缺点，并结合变电站10kV开关柜结构、巡视及检修维护的特点，提出了变电站10kV开关柜内温度监测技术优化组合方案，实现了变电站10kV开关柜内设备温度的有效监测，保障了变电站10kV开关柜安全可靠运行。

关键词：变电站；变电站10kV开关柜；温度监测技术

引言

现代社会对电能的依赖性极高,用电密度越大的地区对电的依赖性越高,因而对供电设备的可靠性提出了越来越高的要求。做为目前普遍使用的小车式变电站10KV开关柜由于断路器与变电站10kV开关柜之间采用插头联接,当小车与变电站10KV开关柜因制造、运输及安装不良等都将引起触头接触不良,接触电阻增大,出现触头温升过高,甚至烧毁,造成停电,这些现象在大电流变电站10KV开关柜如进线柜上尤为突出,且影响极大。为避免此类事故的发生,开发一种能即时监测触头温升的装置显得非常迫切(国外已有个别公司开发了这类产品)。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场　以及极强的电磁干扰环境中,要实现对触头的测温,必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。目前测温工作方式基本上采用被动式测温或主动式测温两种形式。被动式测温采用接收被测量点幅射出的远红外波,通过判断远红外波长来确定测量点温度;而主动式测温则是通过埋设在测量点的温度传感器直接测量温度。

1在线监测温度装置的概述

该装置由温度传感器装置和显示报警装置两部分组成，分别安装于高压测温部位和面板上，高、低压之间通过无线方式传输数据，特殊场合，也可采用超声波或光电方式完成数据传输。在线测温装置可实时显示温度数据，现场设定相关参数，具有报警和预报警功能，并可利用总线技术，组网完成集中显示、设定、数据记录及无线远程语音报警等功能。温度传感装置：由微功耗的工业级或汽车级微电脑、最高可工作到180℃的高性能测温IC、工作温度达150℃、寿命超过10年的专用电池以及数据发送装置等组成，利用专利技术，保证传感装置可连续工作8年以上。该装置的数量由所需的测温点决定，每柜最多可安装24只。配合不同的安装附件，传感装置可以安全、方便地装于母线排、隔离开关、触臂等位置上。显示报警装置：主要完成数据接收、显示、设定和报警功能，每柜选配一个。可以就地报警、远程报警和组网应用，并可和现有的微机继保系统有机结合。应用范围：可应用于运行中的KYN、XGN、GG-1A等6kV和以上变电站10kV开关柜及户外110kV、220kV隔离刀闸等产品。测温范围：10℃~150℃。遥测功能：该装置带有远程通讯接口，可通过现场工业总线组网，由上位机系统进行温度监测，可以远程集中显示各电柜各测温点数据，设定电柜预报警温度。上机位系统具有数据管理功能，能显示各测温点历史温度变化曲线和记录历史预报警状态。

2变电站10KV开关柜温度监测技术分析与应用

2.1手持红外测温技术

普通的10kV变电站10kV开关柜观察窗采用普通钢化夹胶玻璃，红外线透光率差，温度测量存在很大的误差。巡视人员手持红外测温设备需通过专用的10kV变电站10kV开关柜红外测温窗口才能进行温度精确测量。红外测温窗是一个可以透过紫外线、可见光、红外线的光学窗口。红外窗口主要由光学晶体、金属外框、金属盖板、密封圈、密封胶、安装孔和固定螺钉组成，窗口红外线透过率为90%左右，可较为准确地测量设备温度。目前，固定式变电站10KV开关柜的测温窗口主要加装在母线室、断路器室、电缆室后柜门，可较为全面地测量变电站10KV开关柜内设备发热情况，但移开式变电站10KV开关柜由于结构所限，测温窗口主要加装在电缆室后柜门，仅仅实现电缆头处的温度测量。手持红外测温技术优点：通过红外测温窗测温可实现带电远距离检测柜内设备温度，测试效果直观，且红外测温窗无需特殊维护。手持红外测温技术缺点：早期的变电站10KV开关柜未配置红外测温窗，需后期停电进行改造施工；红外测温窗积累尘埃污垢、测量角度会影响其准确性；同时手持红外测温测量部位存在一定的局限性，特别是对于移开式变电站10kV开关柜，由于柜内元件布置紧凑，存在遮挡，造成部分连接部位无法测量温度，且手持红外测温不能实现温度实时在线监测、诊断、预警等功能。

2.2抗干扰措施

变电站10KV开关柜运行在高电压、大电流的状态,系统事故瞬间还出现强烈的电磁暂态过程,这些都产生强电场、磁场及强电磁干扰,这对于微电子系统及微弱信号处理非常不利。为消除这些干扰,同时采用软、硬件抗干扰措施,在软件设计上应用数字编码、解码技术,剔除干扰信号,并使用了软件滤波技术;在硬件上采用金属屏蔽,加强各级滤波消除高频干扰。检测器与测温点处于同一电位,减少电场的影响。另外为消除随机干扰,利用触头温度变化相对缓慢的特点,对检测点信号反复接收,多次采集,排除异常数据以保证数据可靠,通过以上综合措施,整机有了较好的抗干扰能力,测量数据稳定可靠。

2.3光纤光栅测温系统工作原理

光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单模光缆(用于远距离信号传输)、光纤温度在线监测仪及计算机终端等设备组成。系统工作时,光纤温度在线监测仪内部光源发出连续的宽带光,经光缆传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器,这些传感器内部的测量敏感元件———光纤光栅对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光,经同一传输光缆返回到光纤温度在线监测仪内部探测器来测定出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长,从而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返回的窄带光信号中心波长范围不同,所以可以将这些传感器串接组网实现多点同时测量,大大简化了传感器及引出线的布设,避免了以往逐点测量的不便。

2.4无线射频通讯的实现

一个变电站10kV开关柜往往需要进行多点温度监测，一般为6点。根据系统的实际需求，无线射频通讯需要实现一点对多点的通讯；根据变电站10KV开关柜的实际情况，无线通讯距离一般不会超过2m；高压系统电磁干扰现象比较严重，因此对系统的抗干扰性、通讯数据的正确性要求很高。考虑到上述条件，兼顾无线发射系统低功耗的要求，本系统选用Nordic公司的nRF2401作为射频接收芯片，选用nRF2402作为射频发射芯片，共同构成无线网络。该系列芯片工作在2.4-2.5GHz的免费频段上，无线传输距离约为30-40m；共128个频道，频道可以编程设置，频道间隔为1MHz，可实现一点对多点的通讯功能；内置硬件CRC（循环冗余校验），增强了通讯数据的正确性。此外，它们可通过三线串行接口与CPU连接，控制方便。其中接收部分控制器选用MSP430F2013，发射部分控制器选用ATMega16。该部分设计的难点是nRF系列芯片外围电路的设计，如天线的布局，晶阵、电容的精度及位置都有严格的要求。

结语

对变电站10kV开关柜内设备发热及危害进行了分析，并分析比较了目前常用的变电站10kV开关柜温度监测技术，提出了变电站10kV开关柜内设备温度监测技术优化组合方案，实现了变电站10kV开关柜内关键部位的温度有效监测，预防了变电站10kV开关柜内设备发热导致的设备事故发生，提升了设备运维管理水平，提高了10kV用户供电可靠性，保障了人身设备安全。

参考文献

[1]张艳,田竞,叶逢春,等.基于红外传感器的变电站10KV开关柜温度实时监测网络的研制[J].高压电器,2005,41(2):91-94.

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