高壓防爆開關觸頭無線測溫保護裝置的設計分析

趙晶晶

（潞安集團五陽煤礦，山西 襄垣 046205）

引言

在煤礦井下，高壓防爆開關在合閘操作時，首先將短路小車操作到合適的合閘工作位置，然后再進行操作，當確保斷路器小車上的動觸頭與開關腔體后壁上的靜觸頭兩者之間牢固插接時，再合閘進行通電步驟。在實際操作中，保證動靜觸頭無間隙接觸，有利于在大電流通過時不會因為過多的接觸，導致動靜觸頭發熱而燒毀觸頭。但是由于開關突發的晃動、電流電壓不穩、觸頭大小尺寸不符、斷路器接插不嚴、設備安裝不當等各種原因，都很難準確地測量觸點的溫度，從而誘發各種安全隱患，針對以上問題，我們需研發無線測溫裝置，避免以上各種問題的發生。

1 設計原理

在研究過程中發現，2.4 GHz的無線通信技術和CT取電技術非常有利于實現高壓防爆開關觸頭的測溫和裝置保護，CT取電技術能很好地滿足溫度測量裝置的工作環境，采樣中獲得的實時溫度值以無線通信的方式，傳輸到防爆開關的保護器上。但是當觸頭出現異常溫度時，綜合保護器可以接收到異常的溫度信號，從而發出警報。

在實際應用時，有兩個方面的技術問題需解決：

1）2.4 GHz無線通信技術：高壓回路和低壓回路之間容易產生電氣可靠隔離，采用電纜線傳輸信號并不能完全避免這個問題，但2.4 GHz無線通信技術則可以完美解決。裝置發射出無線信號，將采集到的實時溫度數值傳輸給高壓防爆開關的綜合保護器中，當出現異常高溫時，綜合保護器通過溫度檢測，就能及時的發現，并作出警告或者是跳閘，從而避免損壞設備，造成災難的發生。

2）CT取電技術：溫度測量裝置的供電也面臨著各種問題，采用常用的電池，不僅電量有局限性，需時常更換，還容易產生安全隱患，采用CT取電方式，只要有電流通過溫度測量裝置就可以帶電工作，從而避免了電池類電源產生的各種問題。存在問題：CT取電技術如何能保證正常的取電以及滿足正常的工作需求，則需要周密地計算和反復地實驗，不斷地完善才能解決。

2 設計方案

本設計的溫度測量保護裝置主要包括以下幾個部分：CT電流互感模塊、主要控制模塊、溫度傳感模塊、電源模塊、無線通信模塊以及相應的配套保護器等。主要相關構件的組合方式如圖1所示[1-2]。

圖1 溫度測量保護裝置結構圖

此研究裝置中，CT電流互感器主要應用的是電磁感應的原理，當有交流電流通過高壓主回路中時，其互感器的線圈就能感應產生一定的電流，這些電流可以轉換成一定的數值，然后進入電源模。通過電源模塊對這些數值電流進行一系列的整流、濾波處理，并進行轉換后，轉變成正常的電壓，然后來驅動主控制模塊以及無線通信模塊的正常工作。

溫度傳感器可以順利采集到防爆開關觸頭上的實時溫度值，并以通訊的方式將這些實時溫度值傳送到主控制模塊上，主控制模塊接收到信息后，則經過一系列的分析和處理，再將其轉換成2.4 GHz的無線信號，最后通過無線方式傳送給高壓防爆開關的綜合保護器，在此過程中，可以實現溫度的異常報警，或者控制設備進行跳閘保護等。如圖2所示各部件之間的空間結構示意圖及相應的組織順序[3-4]。

圖2 裝置組裝圖

本次研究中，最大的難點是如何實現CT取電，以及實現無線信息的準確傳輸。交流電流通過高壓回路時，易發生變化，需通過理論設計出有效的輸入電路模塊，并需做好相應的電壓、電流保護措施，來實現整個電路的暢通。高壓防爆開關運行過程中，所處的復雜環境，易產生高溫、電磁干擾，很容易破壞信號的穩定性，對信號產生干擾，本裝置也可以對無線信號進行抗干擾處理，通過調節信號的強弱，減少低功消耗，確保正常穩定地發送和接收無線信號。本裝置的各個模塊的工作原理如圖3所示[5-6]。

3 結果測試

將高壓開關柜的額定電壓定為10 kV，電流630 A，通電5 min，對6個觸頭實時溫度進行測試，結果如表1所示。

從表1可看出：在通電和不通電時，6個觸頭的所測得實際數據并一致，主要原因分析是系統本身造成的誤差。同樣發現不通電情況觸頭溫度稍低，主要原因是通電后觸頭容易發熱而引起的差別。通過現場調試后，能充分地發現該系統可以實時監測柜內各觸頭溫度，能很好地適應各種運行環境，有利于溫度恒定的保護，實現信號的傳播。

圖3 裝置工作原理圖

表1 溫度傳感器實驗結果

4 結語

無線測溫裝置在實際應用后發現，是一種非常有利于煤礦井下高壓防爆開關的保護裝置，可避免在各種環境中產生的異常溫度，從而減少不穩定信號的發生和傳輸，更有利于迅速準確地做出判斷，及時報警，保證設備的穩定運行，減少安全事故的發生。