摘要:保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的一個(gè)重要部分為高壓開關(guān)柜。高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)非常關(guān)鍵,因?yàn)檎w溫度太高會(huì)逐漸損耗其電氣設(shè)備。分析10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù),闡述10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、技術(shù)特點(diǎn)及工作原理,總結(jié)了無線測(cè)溫技術(shù)在10kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:電氣設(shè)備;高壓開關(guān)柜;無線測(cè)溫技術(shù)
一、10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
1、整體設(shè)計(jì)
本文選擇KYN型開關(guān)柜作為研究對(duì)象,而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備、移動(dòng)式結(jié)構(gòu)以及戶內(nèi)裝置。根據(jù)10kV高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行需求,10kV高壓開關(guān)柜的整體設(shè)計(jì)要從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析,主要由3部分組成,即高壓測(cè)發(fā)射端、低壓側(cè)接收端以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理控制。這一設(shè)計(jì)考慮到KYN型開關(guān)柜所具備的6個(gè)梅花觸頭,并提供了470MHz無線數(shù)據(jù)傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側(cè)電源,ATE400溫度傳感器測(cè)量觸頭溫度,系統(tǒng)由此能夠準(zhǔn)確反映觸頭溫度變化。
2、溫度傳感器的選擇
一般工業(yè)場(chǎng)所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個(gè)傳感器可以發(fā)現(xiàn),每一個(gè)傳感器自身都有明確的溫度測(cè)量范圍。明確的溫度測(cè)量范圍值,可以認(rèn)知其傳感器的適應(yīng)溫度環(huán)境的變化程度。結(jié)合設(shè)計(jì)成本和難度,大多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)都會(huì)選擇應(yīng)用ATE400溫度傳感器。究其原因,主要是其ATE400溫度傳感器的價(jià)格比較實(shí)惠,同時(shí)具備高精度測(cè)量、簡(jiǎn)便的測(cè)溫路線以及使用拓展性方便的優(yōu)勢(shì)。
3、高、低壓側(cè)信號(hào)傳輸方式選擇
無線信號(hào)傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的良好程度。無線信號(hào)傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)等。但是,由于不同技術(shù)的抗干擾性以及功耗有所不同,因此10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)在無線信號(hào)傳輸方式上主要選擇藍(lán)牙技術(shù)。
4、高壓側(cè)供電方式選擇
供電電源間的高壓側(cè)電路需要滿足不間斷供電、抗干擾能力強(qiáng)以及高穩(wěn)定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是,10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)主要應(yīng)用了CT互感器電源供電方式,因?yàn)镃T互感器電源供電更能滿足高壓側(cè)電路多種需求點(diǎn),同時(shí)具備結(jié)構(gòu)安全、應(yīng)用成熟以及使用環(huán)境優(yōu)良的優(yōu)勢(shì)。
二、10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫傳感器的原理
1、無線測(cè)溫原理
結(jié)合不同的溫度傳感元件進(jìn)行測(cè)溫就是無線測(cè)溫原理,而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測(cè)溫傳感器、半導(dǎo)體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。
2、熱敏電阻溫度傳感器
針對(duì)不斷變化的溫度,它的阻值也呈現(xiàn)出不同程度的變化,即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過來,可以結(jié)合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優(yōu)勢(shì)也由此顯現(xiàn),即具備較高的靈敏度,劣勢(shì)即熱敏電阻值與溫度的線性關(guān)系變差,進(jìn)一步導(dǎo)致元件被老化,縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限,還會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用使其溫度測(cè)定準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性變差。
3、紅外測(cè)溫度傳感器
黑體輻射定律就是紅外測(cè)溫度傳感器應(yīng)用原理,即任意一個(gè)物體只要高于0P,就會(huì)不自覺地發(fā)射出紅外線。它的特點(diǎn)就是應(yīng)用非接觸式的測(cè)量,所以測(cè)量探頭以及被測(cè)物體不需要進(jìn)行遮擋,也不用做出多種絕緣處理。但是,紅外測(cè)溫度傳感器非常容易受到溫度、濕
度以及輻射等因素的影響,導(dǎo)致測(cè)溫精度出現(xiàn)偏差。
4、半導(dǎo)體傳感器
PN作為一個(gè)測(cè)溫元件,它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發(fā)生變化。通過加強(qiáng)恒定電流的方式,結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)中電流的大小,測(cè)定其高壓開關(guān)柜的溫度。雖然這種方式測(cè)定的溫度準(zhǔn)確度高,但是整體的靈敏度不如熱敏電阻,因?yàn)槠浞磻?yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)。然而,半導(dǎo)體傳感器不易老化,而且整體的使用年限較高,因此具有較高的可靠性。
5、聲表面溫度傳感器
聲表面溫度傳感器測(cè)溫方式非常特殊,即為無源測(cè)量,可以借助無線傳輸測(cè)量高壓開關(guān)柜的具體溫度。整體優(yōu)勢(shì)是體積小,不用結(jié)合電源,但是整體的傳輸距離短,且整個(gè)傳輸過程不能有障礙物,否則易發(fā)生位移和震動(dòng)的情況,非常容易產(chǎn)生聲表面相位變化,影響其測(cè)溫值的準(zhǔn)確性。
6、無源無線溫度傳感器
應(yīng)用能量收集方式進(jìn)行能量的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能量需求,即可以充分摒棄傳統(tǒng)電池和CT取電的方式。整個(gè)無源無線溫度傳感器安全可靠性較高。整個(gè)能量收集技術(shù)沒有污染,還有可循環(huán)、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。因此,未來的無線測(cè)溫系統(tǒng)的發(fā)展大多會(huì)建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)上,并呈現(xiàn)出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。
三、無線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
1、安全性
獨(dú)立式的電位絕緣安裝的無線測(cè)溫系統(tǒng),是可以大范圍規(guī)避其爬電帶來的不良影響的系統(tǒng),還能有效提升電氣設(shè)備的安全性能。因此,整個(gè)無線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)為較高的安全性。
2、準(zhǔn)確性
無線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用的器件大多數(shù)為高精度數(shù)字傳感器,可以充分肯定測(cè)溫方式多為接觸式。整個(gè)傳感器的位置非常接近發(fā)熱點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定溫度點(diǎn)的溫度變化的目標(biāo),顯示出無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體測(cè)量準(zhǔn)確性。
3、靈活性
由于無線測(cè)溫器件本身體積較小,所以整個(gè)器件安裝過程非常便捷,整個(gè)組網(wǎng)也非常靈活,即可以應(yīng)用無線或者有線的網(wǎng)絡(luò)連線方式。器件的體積小還能方便多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的安裝,得到測(cè)量數(shù)據(jù)。
4、易用性
無線測(cè)溫系統(tǒng)的整個(gè)操作平臺(tái)主要是應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì),因此會(huì)更加便捷性地鏈接其網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而得到自動(dòng)化控制系統(tǒng),且整體的使用性能也更加方便。
5、功耗低
低功耗的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于無線測(cè)溫,可以達(dá)成正常測(cè)溫的目的,同時(shí)提升無線測(cè)溫傳感器的使用年限。
四、10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用
現(xiàn)階段,我國(guó)多個(gè)企業(yè)公司的科研院校以及部門都已經(jīng)研制出多個(gè)不同類型的10kV高壓開關(guān)柜無線溫度在線檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)。比如,某一公司早已研制出一種特殊裝置,從正常層面上認(rèn)知其裝置是一種非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),主要的監(jiān)測(cè)功能是進(jìn)行配電開關(guān)柜中一個(gè)特定部位溫度連續(xù)性的監(jiān)控,且這個(gè)監(jiān)測(cè)部位是整個(gè)10kV高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵部位。監(jiān)測(cè)其部位的目的是得到準(zhǔn)確度較高的運(yùn)行工作狀態(tài)以及溫度,同時(shí)其非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)斷路器的工作狀態(tài)。整個(gè)非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件。石英晶體聲表面波元件應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)中,主要作為溫度敏感元件。該溫度敏感元件會(huì)直接粘貼在待測(cè)的位置點(diǎn)。由溫度敏感元件組成的10kV高壓開關(guān)柜會(huì)組成振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號(hào)。10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用其中,能充分滿足系統(tǒng)并發(fā)揮其自身數(shù)字化特點(diǎn),進(jìn)一步抑制強(qiáng)電場(chǎng)的干擾性,達(dá)到過熱警報(bào)的目的。此外,監(jiān)控設(shè)備還可以借助微機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式,得到集中式監(jiān)測(cè)。
實(shí)際應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜中的無線測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)非常明顯,即性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便捷安裝和操作。因此,多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜都會(huì)應(yīng)用無線測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)溫。同時(shí),整個(gè)無線測(cè)溫系統(tǒng)的價(jià)格并不高,是人們可接受的系統(tǒng)價(jià)格范圍。小巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無線測(cè)溫模塊便于變動(dòng)其開關(guān)柜,即進(jìn)行開關(guān)柜配套時(shí),即使原柜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變動(dòng),也能進(jìn)行快速安裝工作。只要對(duì)應(yīng)開關(guān)柜配件,再打上相應(yīng)的安裝孔,就能實(shí)現(xiàn)快速安裝。整個(gè)安裝過程不會(huì)影響原有的開關(guān)柜的無線測(cè)溫系統(tǒng)性能,尤其是針對(duì)開關(guān)柜的絕緣性能,安裝過程中絕緣性能非常好。智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)是一個(gè)龐大且繁雜的系統(tǒng)工程,經(jīng)過不斷發(fā)展系統(tǒng)工程,明確系統(tǒng)工程作為電力公司以及全社會(huì)改革與創(chuàng)新的前提,能不斷推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。國(guó)家早在2006年就發(fā)布了多個(gè)系統(tǒng)電力設(shè)備安全使用的重要文件,明確認(rèn)知其國(guó)家優(yōu)先發(fā)展以及實(shí)施的主體是智能電網(wǎng)安全保障。我國(guó)當(dāng)前處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)時(shí)期,國(guó)家電網(wǎng)的電力供電量已經(jīng)不能滿足居民的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)需求。因此,國(guó)家要加大電網(wǎng)的供電量,但這樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電器設(shè)備出現(xiàn)隱患,尤其是對(duì)于智能電網(wǎng)末端的10kV高壓開關(guān)柜。因此,只有確保高壓開關(guān)柜的安全,才能進(jìn)一步促進(jìn)電網(wǎng)溫度監(jiān)測(cè)效果。
五、安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案
1、概述
電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè),防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
2、應(yīng)用場(chǎng)所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。
3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4、系統(tǒng)功能
測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:
1)溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值,也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
2)溫度曲線:查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。
3)運(yùn)行報(bào)表:查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)某一時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
4)實(shí)時(shí)告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時(shí)提醒值班人員。
5)歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。
5、系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。
六、結(jié)語
就10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)進(jìn)行深度分析,結(jié)合實(shí)際的10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r,達(dá)成全面保障智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,推動(dòng)10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。
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