劉朝霞

(國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116000)

高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉朝霞

(國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)大連培訓(xùn)中心，遼寧 大連 116000)

在對(duì)現(xiàn)有高壓開關(guān)柜溫度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上，提出了高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并介紹了該無線測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成以及各部分的設(shè)計(jì)原理，同時(shí)給出了采取的絕緣和抗電磁干擾措施，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓開關(guān)柜溫度的可靠監(jiān)測(cè)。

高壓開關(guān)柜；無線測(cè)溫系統(tǒng)；無線溫度傳感器

0 引言

高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠和變電站的重要電器設(shè)備，其內(nèi)部通常有6組動(dòng)靜觸頭和多組母排接頭。由于這些連接部件長(zhǎng)期處于高電壓、大電流的工作狀態(tài)下，只要其接觸電阻存在微小的增大，就將引起觸頭或接頭處溫度升高。如果溫升沒有得到及時(shí)處理，將會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)，并最終導(dǎo)致開關(guān)柜燒毀，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)高壓開關(guān)柜中觸頭和接頭的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于保障開關(guān)柜的安全運(yùn)行，乃至電網(wǎng)的正常運(yùn)行都具有十分重要的意義。

1 高壓開關(guān)柜溫度在線檢測(cè)技術(shù)比較

在高電壓、大電流環(huán)境下，要實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度的在線監(jiān)測(cè)，首先需要解決隔離和抗強(qiáng)電磁干擾的難題。目前用于開關(guān)觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)主要有涂層變色測(cè)溫、紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫。

(1)?涂層變色測(cè)溫技術(shù)。即在母排接頭和開關(guān)觸點(diǎn)的表面涂一層會(huì)隨溫度變化而改變顏色的材料(如感溫蠟)，通過觀察其顏色變化來大致確定溫度范圍。這種方法準(zhǔn)確度低、可讀性差，不能進(jìn)行定量和實(shí)時(shí)測(cè)量，并且對(duì)員工的技術(shù)水平要求高。

(2)?紅外測(cè)溫技術(shù)。即由操作人員定時(shí)手持紅外測(cè)量?jī)x對(duì)準(zhǔn)母排接頭和開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。這種方法對(duì)在0～200?℃的溫度值測(cè)量時(shí)誤差小、準(zhǔn)確度高；但是仍然無法做到實(shí)時(shí)測(cè)量，且光學(xué)器件在高電壓場(chǎng)合使用時(shí)較不便，同時(shí)價(jià)格高。

(3)?光纖測(cè)溫技術(shù)。這種方法具體實(shí)現(xiàn)又可分為2種：一種是采用光纖光柵溫度傳感器；另一種是僅利用光纖傳輸溫度信號(hào)。兩者都利用了光纖耐溫、抗腐蝕、抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。這種方法的最大缺陷是被測(cè)帶電體與測(cè)量設(shè)備需要通過光纖連接，因此不能解決污閃的問題；此外，嚴(yán)格地說該技術(shù)還存在安全性問題。

可見以上3種方法均存在不足之處。而采用無線通信技術(shù)使溫度變送器與數(shù)據(jù)集中顯示器之間實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，可在不改變開關(guān)柜內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，很好地解決隔離的問題；同時(shí)采用低功耗設(shè)計(jì)和屏蔽技術(shù)，可解決溫度變送器使用壽命和抗強(qiáng)電磁干擾的問題。因此，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)無線測(cè)溫系統(tǒng)，以解決高壓設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)問題。

2 高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

該無線測(cè)溫系統(tǒng)由若干無線溫度傳感器、無線溫度監(jiān)測(cè)儀、監(jiān)控中心的上位機(jī)和通信鏈路4部分組成。無線溫度傳感器貼附于母排接頭表面和接近開關(guān)觸頭的觸臂上，通過無線通信方式將溫度數(shù)據(jù)傳送給無線溫度監(jiān)測(cè)儀；無線溫度監(jiān)測(cè)儀安裝于開關(guān)柜面板上，收集來自各無線溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示和實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警控制功能。所有無線溫度監(jiān)測(cè)儀通過RS485總線與監(jiān)控中心的上位機(jī)通信，構(gòu)成分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器用來測(cè)量帶電物體表面的溫度，如高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點(diǎn)和母排接頭的運(yùn)行溫度。無線溫度傳感器由溫度傳感器、測(cè)量電路、邏輯控制電路、無線調(diào)制接口和供電電路組成，并通過2.4?G無線網(wǎng)絡(luò)將溫度信號(hào)發(fā)送到無線溫度監(jiān)測(cè)儀。

無線溫度傳感器有一個(gè)側(cè)面是感溫面，傳感器測(cè)到的溫度就是該感溫面的溫度，因此為了準(zhǔn)確測(cè)量物體表面的溫度，應(yīng)保證此感溫面與被測(cè)物體的表面緊密接觸。在安裝無線溫度傳感器前，首先要找到傳感器的測(cè)溫面，然后將該面貼到被測(cè)物體表面，并用尼龍?jiān)鷰⑵涔潭ㄔ诒粶y(cè)物體上。根據(jù)實(shí)際情況的不同，也可采用粘結(jié)或其他方法固定。

在開關(guān)觸頭溫度測(cè)量環(huán)境下，無線溫度傳感器性能指標(biāo)要求如下：

(1)?溫度測(cè)量范圍：-55～+125?℃；

(2)?精度：±0.5?℃(-20～+80?℃)；

(3)?分辨率：0.062?5?℃；

(4)?溫度測(cè)量周期：約75?s；

(5)?供電：采用AA?3.6?V鋰電池，工作時(shí)間大于5年；

(6)?射頻標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.15.4；

(7)?外形尺寸：56?mm×29?mm×18?mm。

無線溫度傳感器因體積小巧，最適用于開關(guān)柜溫度熱接點(diǎn)測(cè)量；它可測(cè)量開關(guān)柜內(nèi)的觸頭、引出線電纜接頭和母線連接點(diǎn)的運(yùn)行溫度。

2.3 無線溫度監(jiān)測(cè)儀

無線溫度監(jiān)測(cè)儀主要完成對(duì)各溫度傳感器的數(shù)據(jù)收集、處理、存儲(chǔ)、LCD顯示、報(bào)警信號(hào)輸出和與監(jiān)控中心通信等功能。其通過RS485總線與監(jiān)控中心的PC機(jī)通信；LCD人機(jī)交互則用于顯示當(dāng)前各無線傳感器的溫度數(shù)據(jù)信息和無線溫度監(jiān)測(cè)儀的重要信息。現(xiàn)場(chǎng)用戶可執(zhí)行輸入、輸出操作，如無線傳感器信息查詢和設(shè)置，無線溫度監(jiān)測(cè)儀運(yùn)行日志查詢和配置等。

2.4 溫度監(jiān)測(cè)軟件

無線測(cè)溫系統(tǒng)的溫度監(jiān)控軟件主程序流程如圖1所示，主程序運(yùn)行1次循環(huán)后進(jìn)入休眠，采用單片機(jī)硬件“看門狗”喚醒機(jī)制1?s喚醒1次，然后對(duì)看門狗復(fù)位次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，由計(jì)數(shù)值可得到時(shí)間的累加，在一定時(shí)間間隔內(nèi)(約5?s)啟動(dòng)溫度傳感器，采集并傳送溫度數(shù)據(jù)。

另外，溫度監(jiān)測(cè)軟件可實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)記錄和分析、報(bào)警狀態(tài)記錄等功能。幫助運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)和分析開關(guān)柜觸點(diǎn)的發(fā)熱情況，預(yù)測(cè)出故障發(fā)生的部位，保證高壓開關(guān)柜設(shè)備的安全運(yùn)行。

圖1 溫度檢測(cè)軟件主程序

2.5 抗電磁干擾措施

由于無線溫度傳感器貼附于母排接頭表面和接近開關(guān)觸頭的觸臂上，當(dāng)母排或觸臂上有大電流流過時(shí)，會(huì)形成較大的電磁場(chǎng)，對(duì)傳感器造成很大的電磁干擾，因此，必須采取一定的屏蔽措施來保證無線傳感器的可靠運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除天線外接外，將其他所有電路均包裝于一個(gè)屏蔽盒內(nèi)，以最大程度地減少電磁輻射對(duì)傳感器的干擾。無線溫度傳感器貼附在導(dǎo)熱片上，導(dǎo)熱片一面貼于被測(cè)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，屏蔽盒內(nèi)其余空間全部灌膠；同時(shí)為了提高絕緣性能，使用熱縮管包裹傳感器。通過采取上述措施，很好地解決了高低壓隔離、降低功耗和抗強(qiáng)電磁干擾的技術(shù)難題。

3 結(jié)束語(yǔ)

高壓開關(guān)柜等電氣設(shè)備部件的傳統(tǒng)溫度檢測(cè)方法，由于無法解決開關(guān)觸點(diǎn)和母線接點(diǎn)的高電壓測(cè)量受環(huán)境影響的問題，工作可靠性較差。由此可能導(dǎo)致電氣設(shè)備部件因超溫發(fā)生故障，甚至造成重大經(jīng)濟(jì)損失。而無線測(cè)溫系統(tǒng)，采用先進(jìn)傳感技術(shù)、數(shù)字識(shí)別技術(shù)、無線通訊技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、抗電磁干擾設(shè)計(jì)，有效地解決了上述問題，可廣泛應(yīng)用于高電壓環(huán)境的溫度在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程智能化在線檢測(cè)、監(jiān)控和預(yù)警。另外，本系統(tǒng)在可靠性、擴(kuò)展性、成本和安裝維護(hù)等方面均具有突出優(yōu)勢(shì)，已在電力行業(yè)得到了應(yīng)用。

1?郭紅兵．間歇式電廠高壓開關(guān)柜觸頭溫度無線采集模塊設(shè)計(jì)[J]．電力學(xué)報(bào)，2007(3).

2?王松寧．6?kV高壓開關(guān)柜觸頭溫度檢測(cè)系統(tǒng)[J]．科技資訊，2010(2).

3?何海濤，姚國(guó)珍．光纖光柵解調(diào)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．電力系統(tǒng)通信，2010(6).

2015-02-10。

劉朝霞(1962-)，女，工程師，主要從事信息化管理及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，email：liu1648@163.com。