实时预警！“高低压开关柜无线测温”，让过热隐患无处遁形

简婷

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定  201801

摘 要：作为保证系统安全运行的重要设备的高压开关柜装置,其内部导电连接处过热会导致电气设备的损坏,更严重的是可能还会发生火灾等严重事故。因此,电力系统中电器设备安全运行的一个重要课题就是对高压开关柜实施在线监测。本文主要研究的是针对高压开关柜接点的无线测温技术,阐述了高压开关柜在无线测温的技术特点及工作原理，具有测量数据准确、可靠性高、绝缘性能好的特点,能很好的适应现场需求,可以在高压开关柜中广泛应用。同时介绍了在某风电场项目应用操控及无线测温技术，并实现及时告警避免了严重事故的发生。

关键词：无线测温系统；高压电气设备；温度传感器；无线温度检测器

1概述

   我国电力系统的大规模发展，增加了高压开关柜的运行压力，随着电网的改革与建设，高压开关柜的数量越来越多，增加了故障的发生机率。高压开关柜内存在的电气连接点主要包括母线铜排连接点，手车动静触头连接点以及铜排和电缆连接点，在这些点位需安装温度传感器进行温度测量。

   温度测量技术的选用：传统的测温方法包括通过热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温，温度传感器与测温仪之间采用金属导线传输温度信号。电气设备测温检测，由于温度传感器直接安装于高压接点/触点上，其信号传输金属导线的绝缘性能无法保证。 同时，对于改造类项目实施难度较大，因此推荐采用无线测温方法进行检测。目前无线测温方法包括电磁感应供电无线测温、电池供电无线测温方式及红外在线测温方式。红外测温需要镜头对准发热点，尘土震动对其影响较大；有源无源测温较合适，无需布线，易于安装，但有源测温需要外供电池，受电池寿命影响，需要更换；电磁感应供电无线测温具有测温速度快、周期短、免维护、使用寿命长、故障率低等特点。

2开关柜温升原因分析

   目前，电力系统内部使用的开关柜，都要通过型式试验对入网的开关柜进行处理，在温升方面，要求比较严格。根据相关理论进行分析可知，在实际运行过程中，通常情况下，负荷不会达到开关柜的设计满容量，更不会引发开关柜的温升问题。但是，实际情况并非如此。根据实际运行经验可知，随着负荷的不断增加，使得开关柜的温升迅速增加。当负荷超过开关额定电流的75%时，在这种情况下，温升尤为明显，此时早已不符合标准要求。当负荷比较低时，温升现象不明显。在实际运行中，与试验室测出的温升数据相比，开关柜实际温升水平普遍比较高，并且多数情况下，当温升超标时，开关柜甚至远没有达到设计满容量。对于高压开关柜来说，开关触头、母排连接点的实际温升，通常情况下总是高于试验数据，其原因主要表现为：

   1.在试验室完成型式试验，测得相应的数据，在持续时间方面，虽然达到了稳定温升所需要的试验时间，但现场环境复杂，加上试验过程中，不具备温升累积效应，不能等同现场长期运行并持续发热的设备。

   2.不同金属在膨胀效应方面存在差异。钢制螺栓的金属膨胀系要比铜质、铝质母线的金属膨胀系数小得多，对于螺栓型设备接头来说表现得尤为突出，在实际运行过程中，随着负荷电流、温度的变化，在膨胀、收缩程度方面，由于铝、铜与铁之间存在一定的差异性，在一定程度上造成蠕变，也就是受应力作用的影响和制约，导致金属缓慢发生塑性变形。实践证明，当接头处的运行温度超过80℃时，因过热使得接头金属发生膨胀，同时受各种因素的影响，进一步产生微小的空隙，早成氧化腐蚀。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，造成接触电阻变大，每次温度变化的循环都会使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。

   3.连接部位紧固螺栓压力不合理。对于导体连接，在部分安装、检修人员意识中，在拧紧连接螺栓的过程中，认为螺栓拧得越紧越好，实际并非如此。由于铝质母线的弹性系数较小，当螺母压力达到临界值时，如果材料强度比较差，当继续增加压力时，将会导致接触面变形隆起，使得接触面积进一步减少，使接触电阻变大，进而影响导体的接触效果。

   4.由于导体原材料纯度不够，造成导体材料电导率不满足要求。

   5.其它因素，例如在加工、连接、安装母线过程中，对母线接触表面处理不到位、不够平整，进而减少有效接触面积，使接触电阻变大而产生发热。

   以上的情况都会造成高压开关柜的温升异常，所以加强对运行开关设备温升的监视，发现问题及时采取措施就变得非常必要。

3无线测温系统的技术优势及适用范围

   无线测温系统的通信频段一般设置为2.3~2 .5GHz，处于高频波段，抗干扰能力强。通信技术选择ZigBee技术，适用于短距离通信，使用复杂度较低，具有低功耗、低成本的优点，实时处理能力强。温度传感器中安装有天线，可以保证通信效率，体积较小，便于安装和使用，内部采用锂电池供电，使用寿命长。传感器使用二进制编码，处理分析方便。

   温度传感器在使用时应用无线传输技术，不需外接数据线，系统安全性能高，漏电风险小。由于温度传感器在信息传输时不需要使用外部数据线， 因此不会受到温度、湿度、灰尘、振动等的影响，数据传输稳定性高，抗干扰能力强。温度传感器与计算机连接并通过计算机中的软件对检测数据进行处理 和分析，具有良好的实时性，同时还可节省人力资源，提高工作效率。与传统的红外测温传感器相比，本研究提出的无线测温系统不需要人工进行操作，受周围环境、设备构造的影响比较小，测量精度比较高。目前研制的无线测温系统工作范围为35kV以下高压开关、继电器以及多种接触点，地下电缆的检测电压为 110 kV，在使用时要注意工作电压的限制。

4安科瑞温度在线监测系统

1概述

   电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。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讯，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提高。该系统具有遥信、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。

2应用场所

   适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

3系统结构

温度在线监测系统结构图 

4.系统功能 

实时监测

   安科瑞 Acrel-2000T 无线测温系统人机界面友好，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、告警等信号。

详细温度查询

   历史温度曲线、实时温度曲线查询、实时温度数据查询

实时报警

   Acrel-2000T 无线测温监控系统具有实时报警功能，系统能够对温度越限等事件发出告警。

历史事件查询

   安科瑞 Acrel-2000T 无线测温监控系统能够对高温告警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。可以按时间、类型和设备进行查询和排序。

5.系统硬件配置

   温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

显示单元

6结语

   无线测温系统由温度传感器、通信系统、显示系统等组成，并通过数据线或者通信芯片与上级计算机连接，可以实现对多个高压电气设备温度的在线监测预处理，帮助工作人员及时发现隐患，保证生产设备的性能。无线传输技术无需使用外部电线，可以有效减少传输过程中的电容耦合和 电感耦合，实现高压环境检测设备与次级处理设备之间的电气隔离，具有较高的性能，在高压电气设备检测领域有着广泛的应用前景。