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1、一种应用于高压断路器的超温无线电报警器电路设计方案An application of high voltage circuit breaker in over temperature radio alarm circuit design摘要：电力工业技术进步的要求，开关柜正在向智能化、免维护、具备自诊断功能的方向发展，由原来的定期检修向状态检修技术发展。本项目研究的目的是研制一种经济、实用的触头温升在线监测装置，在不降低原有设备绝缘性能的前提下，解决触头异常温升的监测报警问题。这种装置既要经济实用，不能大幅度提高开关柜的成本，又要便于新设备的安装和老设备的改造，提高开关设备运行的安全性、可靠性
2、，减少恶性事故发生。本方案针对上述问题，提供了一个比较好的解决方案。Abstract: electric power industry technology progress, switchgear is intelligent, maintenance, and has since diagnosis function, from the development direction of the preventive maintenance to the state overhaul technology development. This project the purpose of th
3、e research is to develop a kind of economic and practical contactor temperature on-line monitoring device, reduce the original equipment insulation performance, under the premise of solving the contactor abnormal temperature monitoring alarm. The device should not increase economical and practical,
4、and the cost will switch to a new equipment installation and old equipment, improve switch security and reliability of equipment, reduce malignant accidents. The solution to these problems, and provides a better solution.关键词：设备 接触器 监测 方案Keywords：equipment ；contactor； monitoring； solution目录1.导语2.超温报警
5、装置的技术原理2.1 高压断路器触头异常温升的原因2.2参考国高压开关触点温升在线监测技术2.2.1 Fabry-perot槽进行温度在线监测，Fabryperot槽温度探头2.2.2 利用石英温度传感器埋入母线温升部位温升实时监测3. 技术方案及原理框图3.1、温度传感器及信号发射部分3.2 温度取样及超温信号转换、发射部分工作原理3.3、高压信号取样部分电源的解决方案4. 无线信号的传输5. 断路器触头超温自动报警系统样机的原理5.1 接收部分5.2 电源部分5.3 发射部分5.4 CG206-I型断路器触头超温自动报警系统原理框图5.5断路器触头超温自动报警系统电路原理图6. 高压断路器
6、的超温报警装置可靠性分析7. 装置的技术关键与可行性分析7.1 技术关键7.2本方案作为解决高压断路器的触头超温报警装置供电电源可行性分析7.2.1 可行性原理分析7.2.2 互感器电源的实施8. 安装试运行与测试8.1 实验准备8.2第一阶段实验8.3 第二阶段实验8.4 实验运行总结1. 导语：随着我国经济快速发展，能源工业成为焦点。在用电紧张、负荷增长迅速的情况下，电力工业中常用的10kV35kV开关柜，设计、制造或者使用上的原因，经常会出现触头温度异常上升的情况。如果不及时发现和处理，就会造成严重的设备事故。由这种原因造成的事故经常见诸于报刊。为了改进工艺，防止触头温升异常造成的开关爆
7、炸等恶性事故，国内一些厂家和运行单位经常会采用一些如变色片、红外热成像诊断等手段来监测触头、母线等其它部位的温升。这些方法在一定程度上抑制了事故的发生。但同时，这些方案由于存在着测量误差大、数据不能远距离传送到值班控制中心以及无法直接观测发热点等缺陷，不能有效地作为一种预防措施来推广。电力工业技术的进步，要求开关柜向智能化、免维护、具备自诊断功能的方向发展，由原来的定期检修向状态检修技术发展。本项目研究的目的，是研制一种经济、实用的超温 和无线电传送装置，在不降低原有设备绝缘性能的前提下，解决触头异常温升的监测报警问题。这种装置既要经济实用，不能大幅度提高开关柜的成本，又要便于新设备的安装和老
8、设备的改造，提高开关设备运行的安全性、可靠性，减少恶性事故发生，同时，还要有一定的兼容性，能够广泛地应用到其他领域。2.超温报警装置的技术原理2.1 高压断路器触头异常温升的原因自然界中的温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程都与温度有关，许多设备的故障是由异常温升而造成。高压断路器中正常的导电回路，在正常运行时，长期通过工作电流产生的一部分能量转变为热能，使电器材料温度升高不会超出规定范围，但导电回路不正常（阻容值）时，会使电器材料温度升高超出规定范围。这样电器材料的机械强度、物理性能等下降，形成事故隐患。因此，在国家标准中，强制规定了不同电器材料允许长期工作温度。在高压断路器的结构中，
9、静触头、动触头是一个基本元件，在静触头和动触头接触时，它们之间有一个接触电阻，当电流流过触头时，接触电阻的存在，要引起触头的发热，如果接触点的温度超过规定值，则会加速动、静触头接触处氧化，氧化结果又导致接触电阻上升，这样又促使发热、温度增加，形成恶性循环。因此，国家标准规定了接触电阻数值，在这个范围内，不会造成有损氧化。对额定电压3kV及以上、频率50Hz长期工作电器，如断路器、隔离开关、封闭式组合电器、金属封闭开关设备、负荷开关等产品，必须进行发热试验，以保证在长期通过额定工作电流下，电器各部的温度不超过标准允许的数值。高压开关柜内，母线联结处的接触电阻有一定要求，在出厂前用“回路电阻测试仪
10、”离线测试，其原理是在母线联结处通过100A直流电流，测出其两端电压，即可求得接触电阻。开关柜出厂后，由于运输、安装、使用不当等原因致使接触恶化，接触电阻增加，特别如手车推入，在插接处接触不良造成事故，造成供电中断的事故发生。 2.2参考国高压开关触点温升在线监测技术2.2.1 Fabry-perot槽进行温度在线监测，Fabryperot槽温度探头原理见图3，装置是由一薄硅片构成，在它的中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽，然后在薄硅片顶粘贴上一层玻璃，该玻璃的热膨胀系数与硅片的热膨胀系数不同。当该处温度变化时，因两种材料热膨胀系数不同，在其内部产生内应力，内应力改变了硅片的形状和槽的深度。用光纤将
11、多色光送入照射Fabryperot槽，反射出的调制光也经光纤送出，调制的输出信号是用光学干涉测量方法测量的。调制多色光的主波长随Fabryperot槽深度变化而改变。Fabryperot槽深度变化是毫微米数量级，因为温度的变化是连续的，槽深变化也是连续的，当然主波长是温度的连续函数（图2-1）。由Fabryperot槽构成的光纤传感系统其组成元件耐腐蚀、小巧、测量灵敏度高，而且不受电磁干扰影响，在智能化高压电器的温度在线测量方面有广阔的市场。2.2.2 利用石英温度传感器埋入母线温升部位温升实时监测该母线联结处温升在线检测装置由ABB 公司开发的（见图2-1），其特点如下：（1）. 每一个传感
12、器有一个电流源，电流通过母线时，交变电磁场提供了温度传感器探头所需的电源，才进行温度测量。母线电流40A（50Hz）时探头能正常工作，短路故障所产生的短路电流不会损坏传感器。（2）. 因为在测量点有强的电磁场，所以通过数字信号传递方案更为适合，输出数字讯号（频率）与温度有关。（3）. 传感器特点是体积小、准确度高，耐老化性好，且价格便宜。它由石英晶体、辅助电源及讯号输出回路组成。可以方便地安装在母线联结处。(4). 采用红外调制发射技术。一个红外发光二极管把高电位处温度值发送到低电位处的红外接收器上。可以把许多传感器的测量值送到同一接收器上。(5). 1992年5月ABB提供的新型温度监视系统
13、，在一面中压开关柜12个接点处（母线接触处）的暴露部分安装上这种尺寸极小的温度电子传感器，其中三个传感器装在母线联结处、三个装在开关连接线的上端，另三个在电缆终端。在一般情况下仅仅使用九个传感器，因为开关下面接线与电缆终端的距离很近。3. 解决方案技术路线及原理框图3.1、温度传感器及信号发射部分，见图3-13.2 温度取样及超温信号转换、发射部分工作原理图3-2 热敏电阻值随温度变化关系图 设计中，温度传感器及信号发射部分是由温度传感器（热敏电阻）、小CT线图和信号转换及发射模块等组成。该部分电路原理见图3。温度传感器（热敏电阻）被埋入断路器触臂靠近梅花爪头的部分，温度传感器是一个随着温度值
14、改变电阻值的热敏电阻，其阻值随温度的变化关系示于图3-2。 温度传感器将随温度变化的电阻变化值通过高温导线与信号转换发射模块相连接，输入到比较电路中，它将随温度变化的电阻变化值转换成电压信号。由温度转换成的电压信号与预先设定的电压信号进行比较。如果预先设定的电压信号代表100，当安装热敏电阻部位的温度大于100时，比较器的输入电压低于预先设定的100的翻转电压，比较器的输出由低变高，则发射器的输入变为高电平，触发无线发射信号，将对应安装热敏电阻处的温度变化的编码信号发射出去。该部分电路的原理见框图3-5。 无线编码发射模块，当转入为低电平时，发射器停止工作，当输入信号由低变高后，能使发射模块工
15、作，发射携带温度变化信息的编码信号。发射器的频率、功率不会影响到其它二次电路正常工作，符合国标。 3.3、高压信号取样部分电源的解决方案该模块的工作电源由小CT线圈提供。当由高压母线通过该项触臂的二次电流达到5A以上时，小CT线圈中感应电流，通过电源转换器，就给该模块提供了足以正常工作的能量。由于温度转换发射模块必须工作于高电位，因此，这个由高电压的一次电流感应产生的电源也应处于高电位；处于高电位处的发射模块与处于低电位的接收模块是通过无线电波完成信号传输。因此，利用无线电波传输信号解决了高电位隔离问题。作为电源能量供给的小CT线圈在设计上采取了整流滤波和一系列保护措施，使它满足一次电流从50A至5000A的大范围变化的条件下长期可靠工作，且能承受一次回路电流达100KA的冲击短路电流。 4. 无线信号的传输实现高、低电位传输的隔离，把处于高电位的超温指示及报警信号传输到低电位端。接收电路的原理见图3-5。5. 断路器触头超温自动报警系统样机的原理 5.1 接收部分（1）阻容降压和稳压管形成电源部分；（2） 7555芯片及其外围电路组成延时电路，现延时时间设置为10 秒左右；（3） 六路指示灯分别对应于断路器六路触头，六路触头中只要有一路发生超温现象系统即报警，六路指示灯可指明具体超温故障点，且继电器带报警输出。 5.2 电源部分
