王大蔚

摘要：近年來，固體絕緣開關柜以其優(yōu)越的環(huán)境適應能力，免維護和良好的環(huán)保性能等特點，被國家電網公司廣為推崇。固體絕緣開關柜采用新型環(huán)保固體材料作為絕緣介質，將數(shù)組開關、帶電導體整體澆注固封，相對于氣體絕緣開關設備（GasInsulatedSwitchgear，GIS）來說其體積更小、抗污染能力更強。但是一次回路熱功率很大且散熱性差，因接線樁頭接觸不良而引發(fā)的過熱故障一直是開關柜面臨的主要安全問題。

關鍵詞：外覆絕緣材料;高壓開關柜;溫度監(jiān)測

引言

目前，電力運維人員廣泛采用的開關柜的測溫方法是人工測溫法。但該方法檢測的準確度受人為主觀性影響較大，不同的電力運維人員操作，檢測數(shù)據可能不盡相同，而且人工操作不適用于設備的長期測量，無法滿足實時性的要求。此外，人工操作手持式測溫設備采用的是有線通信，不僅會造成開關柜的布線繁瑣，在通信線污穢嚴重的情況下，還會造成開關柜絕緣水平下降，影響電力設備的運行安全。另一種電力設備測溫是使用接觸式的傳感器來采集溫度，其特點是接觸式的，所以就導致安裝時必須進行檢修停電，不僅如此，接觸式的測溫元件極易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，需停電進行檢修，影響用戶用電。

1熱點產生原因

高壓開關柜有多處母排搭接觸頭，并且隔離開關、斷路器觸頭、電纜接線樁頭是可分/合接觸，這些接觸點存在接觸電阻，電接觸位置由于長期的使用和頻繁的開閉操作而導致壓接部位產生松動，回路電阻會因觸頭接觸狀況的不同而改變，一旦通入電流，就會產生發(fā)熱點。按照DL/T404—2007《3.6～40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》和GB/T763—1990《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》，在正常工況下各連接部位的回路電阻和溫升應滿足規(guī)程要求。然而，一旦壓接點出現(xiàn)異常情況，導致接觸電阻增大，觸頭溫度高于正常運行溫升水平會加快觸頭接觸面損壞程度，長期的溫升過高最終會降低絕緣層的絕緣水平，縮短開關設備壽命，嚴重時會因為電壓擊穿引發(fā)開關設備的故障，引發(fā)大范圍的停電事故。

2 Lora無線通信系統(tǒng)

Lora無線通信系統(tǒng)的優(yōu)點如下：1）Lora無線通信具有良好的抗電磁干擾能力。測溫系統(tǒng)工作在高壓環(huán)境中，有著強磁場的干擾?；趶姶艌龈蓴_的條件，可以將Lora無線通信系統(tǒng)設定在基于空閑信道評估技術和動態(tài)信道選擇技術兩種方法相結合的工作模式。2）Lora無線通信低成本且能耗低。開關柜中需安裝大量的分布式測溫終端，其安裝的節(jié)點較為分散，且節(jié)點較多。Lora無線通信具有能耗低的特點，因此即使節(jié)點眾多，其仍具有良好的經濟性。3）Lora無線通信可靠性高。

3硬件電路設計

面陣傳感器包含數(shù)字信號處理芯片以及紅外熱電堆傳感器。傳感器功能組成框圖。熱點發(fā)射的輻射能量經過光學系統(tǒng)由內置探測器接收。此時光信號經過大氣衰減等過程強度較弱，需要經過放大器后傳輸至A/D轉換器，此時已將光信號轉化至數(shù)字信號。為了實現(xiàn)溫度的準確測量，還需對數(shù)字信號進行去噪等過程，最后結合環(huán)境溫度等計算出物體的溫度。MLX90640傳感器可在-40～85℃的環(huán)境中正常工作，測溫范圍為-40～300℃，滿足開關柜測溫的溫度條件。該傳感器刷新率最高可達64Hz。由于刷新率太高時噪聲干擾較大，所以對開關柜的溫度監(jiān)測一般采用16Hz。測量完成的數(shù)據更新到RAM區(qū)，占用1536B，MLX90640每次測量50%像素點，分兩次完成所有768個像素的測量，在邏輯上將每次測量完成的50%稱為一個子頁，故此數(shù)據幀有兩個子頁面（兩個子頁合并后才是完整的768個像素數(shù)據），每次完成50%像素點的分布模式有兩種?？刂萍拇嫫髂J的模式是棋盤模式，即第0子頁為768個像元中的奇數(shù)項，第1子頁為768個像元中的偶數(shù)項。如果要計算環(huán)境溫度，則必須同時讀取兩個RAM子頁，因為環(huán)境溫度的計算需要兩個子頁的數(shù)據合并以后方可獲得，即環(huán)境溫度的轉換速率比“控制寄存器1”設置的速率慢50%。標準的MLX90640模塊是在棋盤模式下校準的，因為傳感器在棋盤模式下具有更好的噪聲濾除性能，所以本文仍采用棋盤模式。

4仿真與模擬試驗的比對

通過建模、仿真計算能夠大致獲取金屬本體和絕緣外層的溫度關系，對于仿真模型的準確性，還需采用型式試驗進行驗證。為模擬電纜接頭發(fā)熱現(xiàn)象，試驗采用300W加熱器給金屬加熱，使導體溫度升高，直到溫升穩(wěn)定;接著用ST630型號的測溫儀（-50～380℃）分別測量記錄金屬導體、絕緣外壁以及空間環(huán)境溫度值。根據建立的模型仿真值，結合模擬試驗對應的記錄值，對比兩者實際對應數(shù)據。仿真計算與模擬試驗比較如表1所示。由表1可見，兩者之間存在一定的數(shù)據誤差，分析整個過程主要有以下原因：①試驗過程默認設備處于無限大空間中，為簡化計算仿真過程視為有限大空間;②穩(wěn)態(tài)時，金屬本體熱輻射過程遠小于熱傳導過程，因此在計算時忽略了金屬對絕緣材料的熱輻射因素;③模擬試驗過程存在不可避免的人為操作誤差，其中所采用的測溫儀器本身誤差為1K。

結束語

高壓開關柜內部長期處于高壓、大電流以及強磁場的環(huán)境，對測溫方式的要求極高。目前大部分對于開關柜測溫課題的研究停留在對單一設備或局部易發(fā)熱部位點對點測溫的程度，忽略環(huán)境溫度對易發(fā)熱部位的影響，導致出現(xiàn)故障信息晚報、誤報的現(xiàn)象。為此提出了面陣測溫的方式，對視場內所有部位的溫度狀態(tài)進行監(jiān)測，對后期的溫度分布進行可視化處理，減弱了環(huán)境因素對測溫準確度的影響，對開關柜內設備運行狀態(tài)有更加直觀的表現(xiàn)。經過現(xiàn)場實驗，系統(tǒng)測溫穩(wěn)定性高，可檢測出局部過熱點及有效識別設備異常運行狀態(tài)，證明了面陣測溫方式在開關柜測溫中的可行性與先進性。后續(xù)研究中可針對矩陣溫度信息，利用人工智能、大數(shù)據分析的手段，對開關柜設備運行狀態(tài)進行分析，結合歷史故障信息，提高故障分析預測準確率，保障電力系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行。

參考文獻

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