10kV高壓開關柜電氣設備在線測溫系統應用研究

馮亦佳 張治忠

摘? 要：本文結合電網系統中封閉式10kV高壓開關柜的工程應用需求，提出新型無源無線溫度傳感方法和開關柜無線測溫智能監控系統的監測技術，最后結合變電站的掛網測試算例說明監控系統的安裝工藝和應用效果。該系統的應用可有效提高電網運行部門的設備巡檢自動化水平，加強電網設備的安全管控，同時具有廣泛的工程應用前景。

關鍵詞：無線測溫;在線監測;開關柜;傳感器技術

中圖分類號：TM591;TP212.11? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）15-0179-03

Application Research on Online Temperature Measurement System of

10kV High Voltage Switchgear Electrical Equipment

FENG Yijia，ZHANG Zhizhong

（State Grid Zhejiang Yueqing Power Supply Co.，Ltd.，Yueqing? 325600，China）

Abstract：This paper combines the engineering application requirements of closed 10kV high voltage switchgear in power grid system，and proposes a new passive wireless temperature sensing method and monitoring technology of switchboard wireless temperature measurement intelligent monitoring system. Finally，the installation process and application effect of the monitoring system are illustrated by a test example of substation network connection. The application of the system can effectively improve the level of equipment inspection automation of the grid operation department，strengthen the safety control of the grid equipment，and has a wide range of engineering application prospects.

Keywords：wireless temperature measurement;online monitoring;switchgear;sensor technology

0? 引? 言

如今，對變電站設備關鍵部位的溫度監測無法實現全自動化監控，部分溫度監測裝置十分落后，部分溫度監測裝置是定制完成的，用途相對狹窄。另外，當前并沒有對測溫裝置制定統一的規范，通用性不強，要實現電器元件的替換難度較高。因此，為了實現溫度在線監測，就必須結合公司現有的電站設備，對變電站關鍵部位溫度監測需求進行分析，研制出滿足變電站全自動化溫度監測的系統。

1? 封閉高壓開關柜在線測溫技術分析

變電站設備溫度監測是指通過監測設備對變電站關鍵部件的溫度進行實時監測，以了解設備的溫度變化情況，并做好實時預警工作，以減少高壓開關柜運行事故的發生。因此，實時在線測溫具有以下兩種功能：一是實時監測溫度，了解設備運行狀態，并做好應急處理，減少事故發生;二是實現無人化的24小時實時監控，減少人力消耗，降低運行成本。高壓開關柜在測溫技術上具有一定的先進性，運行安全可靠。裝置需要在開關柜內長期穩定運行，對于系統和裝置都需要達到兼容性和經濟性的要求，方便系統后期的拓展。以上幾方面的要求需要對測溫環境進行分析，對測溫方法及時進行對比分析，找到適合現場環境的最佳測溫方法。

表1可以看出，采用無源無線測溫技術，使10kV配網設備接點溫度能夠得到實時在線的監測。采用無線傳感器能夠實現高低壓電子元器件的物理絕緣，有效避免電子元器件之間的光波產生。另外，無線傳感器的安裝十分便捷，無需通信電線，后期維護簡單。無源無線測溫方式彌補了其他傳感方式的缺陷，是電力系統溫度傳感技術上一個新的突破，具有很強的技術創新性。

所以，本系統擬定采用無源無線的聲表面波溫度傳感器，以最大化的減少線路改裝，提升安裝和維護效率。

2? 10kV開關柜無源無線測溫系統框架分析

本系統擬定采用多變電站解決應用，高壓設備無源無線溫度實時監測和預警系統主要由采集設備和軟件系統組成，系統采用樹狀網絡架構。各級變電站的高壓室為第一層，在高壓室中的每個封閉式開關柜內安裝無源無線溫度傳感采集設備，主要包含6個無源無線溫度傳感器（感溫裝置）和1個無線測溫終端機（終端設備）。其中6個傳感器分別安裝在易發熱的接觸點位置，如出線接頭、梅花觸頭、進線接頭等，終端機安裝在開關柜內的低壓室內。變電站為第二層，在每個變電站設置1個無線測溫前置機，收集來自各采集終端機設備的數據，并將數據打包通過IP網絡發送至巡檢中心。巡檢中心為第三層，每個巡檢中心需配置1臺監控服務器，用來顯示并處理各變電站內高壓設備的溫度數據。如有需要，各巡檢中心還可將溫度信號發送至電力公司的主站服務器。系統的主站服務為第四層，可以為后臺服務人員提供準確的溫度信息，方便及時作出安排處理。

鎧裝開關柜電氣設備無源無線測溫系統主要實現溫度的實時監測，能夠實現預警和報警雙重設置，防范于未然，操作簡單合理，數據顯示豐富全面，其以下功能主要通過第三和第四層來實現：

（1）可以全天候監測高壓開關柜的溫度變化，及時作出缺陷判斷。

（2）可以保存電氣設備的歷史溫度值，方便后期對比和判斷。

（3）可以進行溫度數據的統計分析并繪制圖表，方便查看。

（4）可以對溫度值進行高溫預警，防范監測。

3? 無源無線溫度監測的應用

3.1? 總體工程應用思路

本文設計的無線溫度監測系統將直接采用溫度傳感器去采集關鍵設備上的溫度，并通過無線網絡傳遞給系統的核心部件。將這些核心部件的溫度收集完成后，系統設定算法對溫度數據進行統計分析，并按照各個零部件預設的溫度設置實時報警等功能。最終，系統將分析得出的相關結論傳遞給設備運維部門，設備運維部門將根據系統傳遞的結果進行綜合分析，并且制定設備運維管理措施，減少設備故障次數和時間，提高配電運行效率。

3.2? 前期工程安裝

變電站總共有8個開關柜，本次設計的無線溫度監測系統包括兩部分，一部分為傳感器，每個開關柜設有12個溫控監測點，合計96個溫度傳感器。另一部分為數據組網，溫度監測裝置16臺、監測主機2臺。將前期施工流程劃分為7個步驟，如表2所示，從施工前的碰頭會開始，到前期準備工作、安裝、調試、測試、到竣工驗收，都有較為明確的施工標準，以確保無源無線溫度檢測系統安裝完成。

4? 效益分析

（1）無源無線測溫系統的投入使用，可以對開關柜的溫度進行7*24h不間斷的實時監測，及時發送準確的監測數據，防止因為電氣設備溫度過高而造成電網故障。另外，該系統提供實時報警功能，可以實現防范于未然，避免不可預估的損失產生。

（2）無源無線測溫系統的使用將之前的“被動檢修”改變成為“主動檢修”?？梢詾闋顟B檢修提供事前的數據準備，不斷提高電網的安全運行水平和供電可靠性。當前供電公司已經對部分變電站的開關柜進行溫度在線監測，實現對“狀態檢修”提供科學的數據支撐和依據。通過該系統的投入使用也可以提高巡檢效率，減少運維人員工作量，提升供電運行效率。

（3）本系統投入運行后，就可以不用安排檢修人員進行定期現場維護，并且能夠實時了解設備運行溫度，發現溫度變化即刻預警，可以減少設備運行故障發生次數和時間，提高供電質量，為電力企業創造更多的經濟效益，也能夠保證用電企業的正常運轉。假設本系統投入使用后，每年減少1次停電檢修，檢修時間為8h，出線間隔平均300A負荷電流（約5MW），則本項目8個間隔，每年可以多供電8*5MW*8h=320MWh，以每kWh電量價值0.6元計算，則可為企業多創造效益約19.2萬元，剛才計算的僅僅是本系統帶來的經濟效益。在實際生活生產過程中，本系統還能夠減少停電次數，提高供電質量，為供電企業贏得較好的口碑和效益。

5? 結? 論

本文結合公司目前的電氣設備狀況，并且從開關柜測溫的傳感器技術、供能技術、通信技術等幾個角度進行分析，確定采用無源無線在線監測系統。本文主要從研究開關柜的內部結構進行分析，對測溫方式進行對比分析，制定符合高壓開關柜的測溫方式并進行現場安裝測試，實施效果良好。本文就目前的推廣度進行了分析，認為通過系統的安全運行可以帶來一定的經濟效益和社會效益。

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作者簡介：馮亦佳（1986-），男，漢族，浙江樂清人，工程師，本科，研究方向：電氣工程;張治忠（1986-），男，漢族，浙江樂清人，工程師，本科，研究方向：電氣工程及其自動化。