淺談高壓小車開關柜中無線測溫系統(tǒng)設計與應用
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摘要：文章提出了一種用于小車式開關柜的無線測溫系統(tǒng)，包括設于小車動觸頭套管上的溫度傳感器、環(huán)繞設于小車動觸頭上的電流傳感器，溫度傳感器及電流傳感器均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器，數(shù)據(jù)接收處理器電連接有設于小車式開關柜上的顯示屏；數(shù)據(jù)接收處理器連接有通信模塊，通信模塊連接有遠程報警單元；遠程報警單元電連接有終端設備。該無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，能夠遠程及時監(jiān)控小車觸頭的工作情況；通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內(nèi)小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭安全運行。
關鍵詞：高壓小車開關柜；無線測溫系統(tǒng)；電磁干擾
0引言
在高壓開關柜使用過程中，母線連接點和柜內(nèi)的接觸點、動靜觸頭電路產(chǎn)生的發(fā)熱量過大，很容易出現(xiàn)火災事故和停電事故。所以，做好高壓開關柜中溫度的監(jiān)測工作至關重要。由于高壓設備中存在裸露電壓，使用常規(guī)的溫度監(jiān)測方法并不能將高壓絕緣問題解決，而無線溫度監(jiān)控系統(tǒng)使用無線電波傳輸信息，無須進行布線和使用高壓設備等，也不需要采取相應的絕緣措施，可以有效解決高壓設備溫度監(jiān)測問題，本文對高壓小車開關柜無線測溫系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)進行分析探討。
1無線測溫系統(tǒng)設計的重要性
10kV高壓柜是電力系統(tǒng)中的部分，其 安全運行是用戶負荷的重要保證。高壓柜的特點是負荷電流較大、容易發(fā)熱，需要定期測溫。從結(jié)構(gòu)形式上看，10kV高壓柜分為旋轉(zhuǎn)刀閘式和小車式兩種，小車式高壓柜由于觸頭密封，在柜外無法觀察測溫，因此巡視人員只能通過對柜壁測溫來間接推算內(nèi)部是否發(fā)熱，溫度的傳導損耗導致精度十分低，而且無法觀察細微的變化，不滿足安全運行的要求。
2高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)設計原理
2.1系統(tǒng)的主要組成
無線測溫系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、無線溫度監(jiān)測儀、監(jiān)控室上位機、通信鏈路構(gòu)成，其中，無線溫度傳感器主要安裝在開關柜面板上，用來收集各子無線溫度傳感器的數(shù)據(jù)，并進行處理和儲存，所有的無線傳感溫度監(jiān)測儀都利用RS485總線和監(jiān)控室上位機進行通信，從而組成分布式監(jiān)測系統(tǒng)。
2.2 無線溫度傳感器
無線溫度傳感器主要用來測量帶電物體表面溫度，如對高壓開關柜中的母排接頭和裸露觸電的運行溫度進行監(jiān)測，無線溫度傳感器主要包括測量電路、溫度傳感器、無線調(diào)制接口、邏輯控制電路、供電電路，通過無線網(wǎng)絡將溫度信號傳送到無線溫度監(jiān)測儀。無線溫度傳感器由于體積比較小，適合用來測量開關柜中的溫度熱接點，可以對開關柜中引出電纜接頭、觸頭、母線連接點的運行溫度進行測量。
2.3 無線溫度監(jiān)測儀
無線溫度監(jiān)測儀主要用來對溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集、儲存、處理、報警信號輸出等，其中監(jiān)控室PC機和RS485進行通信。LCD人機交互主要用來對當前無線傳感器無線溫度監(jiān)測信息和溫度數(shù)據(jù)信息進行顯示，現(xiàn)場用戶可以通過執(zhí)行輸入操作、輸出操作進行控制。例如對無線傳感器進行查詢和設置，而無線溫度監(jiān)測儀則可以用來進行運行日志的查詢和配置。
2.4 抗電磁干擾
在進行設計時，無線傳感器布置在母排接近開關觸頭和接頭表面的觸臂上，一旦有大電流從觸臂和母排流過，會產(chǎn)生比較大的電磁場，進而影響傳感器的正常運行。為保證無線傳感器的正常運行，需要采取一定的屏蔽措施。在進行系統(tǒng)設計時，除了要對天線外接外，還需要在屏蔽盒中布置電路，降低運行過程中電磁輻射產(chǎn)生的影響。在導熱片上布置溫度傳感器，并將其他屏蔽盒中剩余的空間進行灌膠，為了保證其具有良好的絕緣性，需要將傳感器使用熱鎖管包裹好。
圖1為一種用于小車式開關柜無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，包括設于小車動觸頭套管1上的溫度傳 感器2以及設于端子箱模塊3上的電流傳感器4，溫度傳感器2和電流傳感器4均分別連接有數(shù)據(jù)接收處理器5，數(shù)據(jù)接收處理器5電連接有設于小車式開關柜6上的顯示屏7；數(shù)據(jù)接收處理器5連接有通信模塊8，通信模塊8連接有遠程報警單元9；遠程報警單元9電連接有終端設備。其中，數(shù)據(jù)接收處理器5包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元10和數(shù)據(jù)處理單元11。另外，數(shù)據(jù)接收單元10包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，溫度數(shù)據(jù)接收單元及電流數(shù)據(jù)接收單元均分別與數(shù)據(jù)處理單元11相連。其中，數(shù)據(jù)處理單元11與通信模塊8相連。另外，溫度傳感器2為綁扎式溫度傳感器，綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管1上。其中，溫度傳感器2為絕緣性溫度傳感器。
3高壓小車開關柜無線測溫系統(tǒng)的實際應用
在該技術方案中，通過溫度傳感器的設置可以測量小車動觸頭的溫度，通過電流傳感器的設置可以測量流經(jīng)小車動觸頭的電流；通過數(shù)據(jù)接收處理器的設置可以接收溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)，并對當前的溫度數(shù)據(jù)與電流數(shù)據(jù)對應關系進行判斷，保證測量的準確性，避免了通過通信模塊連接的遠程報警單元出現(xiàn)誤報；同時小車式開關柜上設置有顯示屏，可以實時顯示電流、溫度數(shù)據(jù)，便于運維人員查看顯示屏及時了解小車式開關柜內(nèi)的小車動觸頭發(fā)熱、電流情況，保證小車式開關柜的安全運行；同時遠程報警單元連接有終端設備，終端設備可以是手機或其他設備，便于運維人員通過終端設備及時掌握小車式開關柜的工作狀況。
數(shù)據(jù)接收處理器包括相互電連接的數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)處理單元。在該技術方案中，數(shù)據(jù)接收單元能夠接收溫度傳感器和電流傳感器測量的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理單元能夠判斷電流與相對應的電流溫度是否在正常范圍內(nèi)，如果電流在一定數(shù)值，溫度超出了設定的閾值，數(shù)據(jù)處理單元將判斷的指令以及接收的電流、溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊。
數(shù)據(jù)接收單元包括溫度數(shù)據(jù)接收單元、電流數(shù)據(jù)接收單元，二者均分別與數(shù)據(jù)處理單元相連。在該技術方案中，數(shù)據(jù)處理單元能夠處理電流數(shù)據(jù)接收單元接收的電流數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)接收單元接收的溫度數(shù)據(jù)，并把處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)傳遞至通信模塊。
數(shù)據(jù)處理單元與通信模塊相連。在該技術方案中，通信模塊能夠?qū)?shù)據(jù)處理單元處理后的指令、電流數(shù)據(jù)及溫度數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程報警單元。溫度傳感器為綁扎式溫度傳感器，將綁扎式溫度傳感器套設于小車動觸頭套管上。綁扎式溫度傳感器可以根據(jù)小車觸頭套管的直徑大小進行調(diào)節(jié)，便于溫度傳感器安裝在不同規(guī)格的小車觸頭上。溫度傳感器采用絕緣性溫度傳感器。這樣設置可以使溫度傳感器盡可能靠近小車觸頭，得到更真實的溫度值，防止流經(jīng)小車觸頭的電流對溫度傳感器的影響，保證溫度測量的準確性。
4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
4.2應用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.4系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。
2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
3）運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。
4）實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)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。
5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。
4.5系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
5結(jié)語
綜上所述，該無線測溫系統(tǒng)是一種用于小車式開關柜無線測溫系統(tǒng)，通過電流傳感器及溫度傳感器的設置，反映出電流與溫度的關系，保證了測量小車觸頭的溫度數(shù)據(jù)及通過小車觸頭中的電流數(shù)據(jù)的可靠性，通過數(shù)據(jù)接收處理器的設置可以判斷在電流值一定的情況下，溫度數(shù)據(jù)超出設定的閾值后，數(shù)據(jù)接收處理器將指令、溫度數(shù)據(jù)及電流數(shù)據(jù)發(fā)送至通信模塊，通信模塊將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠程報警單元，便于后臺遠程及時監(jiān)控小車觸頭的工作情況，通過顯示屏的設置可以在小車式開關柜上及時顯示溫度電流信息，便于運維人員查看，及時了解小車式開關柜內(nèi)小車動觸頭的工作情況，保證了小車動觸頭的安全運行。
參考文獻
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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版
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