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1、 第 5 卷 第 24 期 2015 年 8 月 城市规划 CONSTRUCTION 高压开关触头温度在线监测方法在烧结的应用 张振宇 洪耀文 中冶宝钢技术服务有限公司 上海 201900 ： 实时温度监测是保证电力系统高压设备避免因各种原因引起设备过热而造成损毁的重要技术手段。本文介绍了高压开关柜无线温度测量系统的构成及工作原理，并以某 110kV 变电站 10kV 配电室高压开关柜的温度监测及宝钢股份有限公司炼铁厂二期烧结高压开关柜增设无线测温系统为例，阐述了无线温度测量技术在冶金系统高压设备监测方面的优越性。 ： 冶金系统；高压开关柜；无线测温 ： TU984 ： A 引言 目前我国电力
2、系统正向着大电网、高可靠性、高自动化水平方向迅猛发展，电网运行自动化、智能化的监控水平已成为我国电力系统发展的关键问题。高压配电开关柜是配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路等重要作用，但在长期运行过程中，开关的触点、母线及出线连接等部位因氧化腐蚀或因紧固螺栓松动等原因至使接触电阻增大，在高负荷运行情况下，连接点发热并形恶性循环，且发热点温度无法监测，最终导致连接部位温度过高甚至烧毁，造成事故停电。 1 高压开关柜传统测温方法分析 目前，对高压开关柜进行测温的方法 主要包括蜡片测温法和热红外测温法。 1.1 蜡片测温法 石蜡片的颜色会随温度的变化而变化，因此，可利用石蜡片来测量高压开关
3、柜的温度。具体方法是，将石蜡片粘贴于设备连接部位，根据其颜色来判断被测温度，这种方法由于原理简单、成本低廉而获得广泛应用。但其需要凭个人经验来判断温度，因而准确率和可靠性比较低，另外也不能进行定量测量和实时在线监测。而且，对高压开关触点、电缆接头等易发热部位因为在运行时被隔离而无法测量。 1.2 热红外测温技术 基于热红外的高压开关柜测温是利用红外测温枪、 红外成像仪及紫外成像仪等热感应设备进行非接触式测温。其优点是测量范围大，准确度较高，可靠性较好，但是设备仪器昂贵，且需大量人力进行定期巡测，无法实现温度的实时在线监测。另外，由于高压开关柜内部件处于高电压、强磁场及密闭的运行环境中，测温石蜡
4、片、热红外测温等常规的测温方式已无法实现柜内部件温度测量。目前，基于无线温度传感技术的高压供电设备温度实时监测是克服上述问题的一个比较理想的解决方案。 2 高压开关柜无线测温系统的工作原理 基于无线测温技术的高压开关柜温度监测系统首先通过无线温度传感器感测 设备表面温度，然后通过电磁波将温度信号传输至无线温度监测仪，再通过网络将无线温度监测仪连接至中心监测计算机来实现无线测温。如图 1 所示，高压开关柜无线测温系统主要由现场测量单元（无线温度传感器）、现场监控单元（无线温度监测仪）和远程系统监控终端组成。 图 1 高压开关柜无线测温系统结构图 2.1 现场测量单元 现场测量单元主要由无线温度传
5、感器、测量电路、逻辑控制电路、无线收发电路和供电电路组成，如图 2 所示。无线式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的 裸露触点和母线连接处的运行温度。现场测量单元通过 2.4G 无线网络将温度信号发送到无线式温度监测仪。 图 2 现场测量单元功能结构图 第 5 卷 第 24 期 2015 年 8 月 城市规划 CONSTRUCTION 2.2 现场监控单元 现场监控单元主要由无线温度监测仪来实现。每个无线温度监测仪相当于一个无线接入点，可同时接入 6 只无线温度传感器。无线温度监测仪一般安装在高压开关柜柜体外，具有现场查询、参数设置和报警等功能。无线温度监测仪采用 LCD 显
6、示器显示现场监测温度，并通过隔离 RS-485工业总线接口与远程监控系统相连，将温度数据上传至远程监测终端 。 3 现场应用设计实例 3.1 变电站配电室的应用 这里，以某 110kV 变电站 10kV 配电室高压开关柜监测为例，来说明无线测温技术在高压设备监控中的应用。如图 3 所示，将无线温度传感器安装在与高压开关柜内设备连接的部位（易发热点，如出线间隔与母线连接处、电缆头连接处等）。温度检测仪安装在柜体外部，每六个温度传感器共用一个温度监测仪，构成一个简单的现场无线测温网络，再通过隔离RS-485 工业总线接口与远程监控系统相连，组成一个高压设备远程无线测温监控系统，实现对该变电站开关柜
7、设备温度的在 线监测。 图 3 开关柜温度测点布置图 3.2 冶金电力系统中的应用 温度监测是间接判断触头状态的一种重要手段，过去为检查导电回路的故障，通常在停电试验状态下合上高压开关，测量其直流电阻。但是，许多在预防性试验中测试合格的开关，投运一段时间后还会发生毁害事故。究其原因，首先是静态测试的试验电流较小，不能完全反映实际运行状态；其次，开关经多次分合（尤其是事故跳闸后），接触电阻已经发生了变化。因此，停电测直流电阻的方法存在其固有的局限性。另外，利用熔示温腊片进行在线监视，有时不能发现业已存在的故障，有时则误判为出线接头发热，致使开关本体内的故障隐患得不到及时的处理。而无线 测温在线监
8、测可实时、连续监测母排触头温度，并通过无线传输，实现了高低压有效隔离，在安全上得到了保证，成为设备人员监视母排触头的重要途径。 宝钢股份有限公司炼铁厂二期烧结高压开关柜触头温度采用示温蜡片配合红外测温仪进行监测，不能有效监控触头温度。通过比较目前主要的测温方式优缺点（见表 1），最终采用射频无线测温系统，作为烧结 3KV进线柜等十面高压柜触头温度的监测装置。 测温方式 测温蜡片 红外测温 光纤测温 无线测温 温度读取 目测 红外 光纤 无线 观测局限性 人工目视 人工巡检 无局限 无局限 在线监测 否 否 是 是 智能报警 无 无 有 有 安装难度 易 - 难 易 维护难度 难 - 较难 易
9、安全程度 高 高 低 高 测量精度 低 中 高 高 表 1 测温方式比较表 结合现场与该系统应实现的功能，设计出二期烧结高压盘测温系统结构如图 1所示，二期烧结高压盘触头测温增设项目共需要改造 10个柜子，除 3KV 进线高压柜采用 9 个测温探头 (6 个用于检测触头， 3 个用于检测电缆 )外其余每个柜子配置 6个无线测温探头 (用于检测触头温度 )且每个柜子安装 1 个无线接收器，无线接收器的温度信号再传送给现场温度测温服务器，最终通过测温软件上显示出温度等信息，进一步便于点检、维修人员在电气室现场能全方位掌握相关测量点的温度。 3.3 无线测温系统由无线温度传感器、无线温度接收器、测温
10、适配 器及现场测温服务器四部分组成。 （ 1）无线温度传感器 传感器测量母线连接点及触头的温度。每个无线温度传感器具有唯一的 ID 编号，实际安装使用时记录每个传感器的安装地点，并与编号一起存入温度监测工作站计算机数据库中。传感器每隔一定时间（可以事先设定）自动发射一次监测点的温度数据，但如温度发现异常立即报警，不受发送周期限制；本次改造在每个柜内增设的检测点，分别检测母线连接点及触头，且采用的传感器选用的锂电池工作时间 5 年。 （ 2）无线温度接收器 无线温度接收器负责接收各无线温度传感 器（探头）发送出的温度数据，并把测温数据上传到现场温度监控客户端。另考虑到现场机柜的特殊性 (机柜前面
11、板无安装接收器的空间 )，本次选用导轨式无线温度接收器。 （ 3）现场温度监控服务器 现场温度监控服务器可以在现场显示出各个母排触头实时温度和报警记录，因为现场柜体已经无可利用空间，工业触摸屏采用壁挂式安装于电气室墙壁上，以串口总线读取无线交换机的数据，系统结构简单易于维护，充分解决现场工作人员在维修、巡查时无法就地了解母排触头温度的问题。 4 无线测温系统的优点 与传统的高压设备 温度测量技术相比，无线测温系统具有如下的优势： （ 1）安全性高：它通过采用先进的数字温度传感器，避免了传感器 第 5 卷 第 24 期 2015 年 8 月 城市规划 CONSTRUCTION 输出模拟信号的传输
12、受到电场、磁场的干扰。 （ 2）可靠性高：通过采用先进的扩频通讯、数据纠错、自适应调频技术，有效地保证了数据无线传输的可靠性；另外，无线射频传感技术不受震动以及外界灰尘的影响，测温精度高。 （ 3）智能化水平高：在常规模式下，温度值以分钟间隔进行采集并传输到监控中心，当发生突发事件导致温度升高到报警阈值或温度升速增快时，温度测量节点将进入快速反应状态，持续以秒为间隔密集采集温度并传输报警，从而避免错过任何可能的温升事故。 （ 4）安装方便：无线温度传感器体积小、没有接线，可以很方便地安装在开关触头、电缆接头等安装空间狭小的被测点上。 （ 5）免调试：通电即可使用，无需调试，特别适合停电时间短、
13、安装工期紧的改造项目。 5 结束语 无线测温系统可有效地解决电力设备 接触部位无法实时监测的问题，做到对电力设备的在线监测，防止由于各种原因引起的设备过热造成设备损坏。本文以某 110kV 变电站 10kV 配电室以及宝钢股份有限公司炼铁厂二期烧结高压开关柜的成功应用为例，详细介绍了高压开关柜无线温度测量系统构成原理、安装和使用方法，并阐述了其在供配电系统应用中的成熟性及冶金电力系统中推广应用的优越性。 1 巩宪锋，衣红钢，王长松等。高压开关柜隔离触头温度监测研究 J。 中国电机工程学报， 2006， 26(1)： 155-158 2 陈成添，蔡声镇，李汪彪，等。高压开关柜温度实时监测系统的设计与实现 J。 福建师范大学学报， 2008， 24(5)： 49-52 3 张艳，田竟，叶逢春，等。基于红外传感器的高压开关柜温度实时监测网络的研制 J。 高压电器， 2005， 41(2)： 91-94 此文章编码： 2015A14521
