變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術研究與設備選型

摘要：高壓開關柜在電力系統的運行中發揮著重要作用，在發電、輸電、電能轉換以及消耗過程中，起著通斷、控制和保護作用。作為一種關鍵的電氣設備，高壓開關柜能否安全運行，關系著整個電力系統的運行效率。本文就主要對智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術進行了簡要分析。

關鍵詞：智能化變電站；10kV高壓開關柜；測溫技術

1在線測溫的作用

由于高壓開關柜的結構上具有通用性，不管是XGN還是KYN型開關柜，不同廠家配置的設備在架構上基本保持一致的，而在配置、功能和結構上也是很相似的，所以在開關柜的發熱方面有許多規律可循。

通過認真分析開關柜實際的發熱情況發現，發熱故障主要出現在開關柜內刀閘接頭和電纜接頭。因此開關柜的測溫只需要將注意力集中在某些關鍵點就可以了，其他部分關注度可以少一些，當溫度升高時，及時并且正確地監測關鍵點的變化，在溫度超過允許的限度之前要發出警告，確保運行維護單位有充分的時間準備，并且及時采取正當的防護措施避免事故的發生。

2 10kV高壓開關柜在線測溫的特點

2.1非接觸式的測溫技術難以滿足要求

以當前應用較多的XGN型及KYN型開關柜為例，其內部包含斷路器、隔離開關、CT以及電纜頭等電氣元件。為避免因積污和受潮引起污閃事故，同時也為了避免小動物誤入造成短路，高壓開關柜內部的導電部位常會進行絕緣熱縮包封，即開關柜內部需要進行測溫的部位幾乎都被絕緣體包裹，使得紅外測溫技術難以發揮作用。

2.2測溫裝置需要進行高壓絕緣

10kV高壓開關柜正常運行狀態下，其額定電壓為10kV，測溫裝置裝設于測溫點的帶電設備上，而溫度信號的接收裝置則在開關柜的柜體上或者柜體外，這就意味著測溫裝置與接收裝置之間要進行高壓隔離，同時還不能對開關柜內部電氣元件的安全距離造成影響。這可以說是開關柜測溫技術應用于實踐需要解決的首要問題，也是影響在線測溫技術發展的重要原因。

2.3不能影響到開關柜內部原有電氣元件的性能

10kV高壓開關柜內部很多電氣元件都需要根據運行方式來進行相應的分合操作，如斷路器、隔離開關等。這就要求在線測溫裝置的安裝與工作不能對開關柜內部原有電氣元件的工作性能造成影響。

2.4要能適應開關柜內部惡劣的工作環境

由于目前應用的10kV高壓開關柜都為全密封結構，開關柜內部通風不佳，溫度較高；再加上高壓開關柜的工作電流都在數百安培，又處于變電站這種電磁干擾較為嚴重的環境中，因此要求在線測溫技術要具有良好的抗干擾能力，能保證測溫數據的可靠性。

3 10kV高壓開關柜在線測溫技術研究現狀

3.1紅外測溫法

在直接接觸測量方法中非常有代表性的就是紅外測溫法。紅外測溫法主要依據的是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑輻射原理，黑體是理想化的輻射體，它們能在相同的溫度下散發出相同的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀特性無關。物體表面的溫度與物體本身紅外輻射能量的大小及波長的分布有著密切的聯系，通過測量物體本身輻射紅外能量，從而測定其表面的溫度。目前的紅外測溫儀的基本組成是光學系統、紅外探測器、信號放大器與信號處理及顯示輸出等部分，核心元素是紅外探測器，它可以把入射的紅外輻射轉變成可以測量的其它形式的電信號，經過放大器與信號處理器電路按照儀器內部的算法計算和校正后轉變成了被測目標的溫度值，然后在光學系統上顯示。

3.2無線測溫法

無線測溫法是對接觸式測溫方法的改進，是為了隔離測溫設備與電力系統之間的高低壓而產生的一種新型的測溫方法。通常的無線測溫系統由分布式測溫點、數據接收器、后臺處理系統組成。分布式測溫點直接安裝在需要測溫的地方，數據接收器放置在距離開關柜一定距離的地方，分布式測溫點和數據接收器之間數據的傳輸是由無線通訊方式實現的，從而實現了高壓的隔離與測溫數據的采集，解決了高壓開關柜內觸點運行溫度不易被紅外測溫法監測的難題。無線測溫法雖然解決了測溫裝置的安全問題，但在實際應用中也發現了很多問題，其中的問題就是開關觸頭位置處測溫裝置的工作穩定性問題。在實際應用中，該模塊所用的電源是從電力線獲取能量的電流感應式電源，而電力線負荷的大小決定著電源獲取的能量大小，其幅度變化很大，因而模塊時常出現供電不足的現象。針對此問題，有人建議利用電池、減少測溫裝置功耗等方法，但缺陷是電池消耗完需要定期更換，同時會因為無線發射功率過小而產生電磁干擾，致使測溫數據傳輸出現錯誤，更換裝置電池則需要高壓開關柜停止供電，達不到高壓開關柜持續運行的工作要求。

3.3光纖測溫法

伴隨著光纖通訊與集成光學技術的發展，光纖傳感技術在傳感器領域表現異?；钴S，與傳統的傳感技術不同，光纖傳感器的優點不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因為光纖傳感器具有光纖質輕、徑細、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、信號衰減小、集信息傳感與傳輸于一體等優點，可以解決常規檢測技術不能解決的一些測量問題。首先由于光纖本身是一種很好的絕緣材料，隔離了電力系統與測量設備之間的高壓，從而避免了測溫裝置引起的設備安全事故，同時使用光纖作為傳輸和傳感信號的載體，使得存在于電力系統環境中數據傳輸存在的強電磁干擾問題得以解決，使得測量結果更加準確。其次由于光纖撓曲性好、直徑小、重量輕，可以檢測常規傳感器所不能達到的部位。這些優點使得光纖傳感器在電力系統溫度測量方面展露了頭角，可以作為適合于高壓開關柜溫測量的主要手段。

4 10kV高壓開關柜異常發熱的對策

4.1重視10kV高壓開關柜的預防性試驗工作

要重視10kV高壓開關柜及其內部開關設備的預防性試驗工作，通過預防性試驗可以可靠判斷高壓開關柜的實際運行情況。在進行預防性試驗時要嚴格遵循相應的規程規范，如果試驗中得到的數據有異常，則要進行科學合理的分析，并結合以往歷次預防性試驗數據進行對比，從而得出具有說服力的結論。值得注意的是，結論的得出不能僅僅依靠所得到的一組數據，綜合多次數據來對高壓開關柜所存在的隱患進行判斷和確定。在完成預防性試驗后，及時完成高壓開關柜的復原工作，復原過程中要特別注意開關柜內部各接觸點和接觸面的接觸一定要良好，避免出現接觸不良所導致的異常發熱問題。

4.2重視10kV高壓開關柜的日常檢修和維護工作

10kV高壓開關柜運行效率的提高和故障率的降低離不開日常檢修和維護工作。在實際檢修和維護工作中，要特別注意對開關柜內部開關設備觸頭的檢修和維護，要做到定期查看。首先要保證其結構穩定，彈簧沒有松動或脫落；其次要查看觸頭的外觀是否有氧化變色痕跡，同時還要檢查觸頭以及觸頭片表面的光滑程度。在完成上述檢查工作后，需在觸頭上涂抹一層電力行業專用的導電膏，以有效減小觸頭間的電阻值，增加開關柜內部開關設備的導電性能，保證高壓開關柜及其內部開關器件的工作效率和使用壽命。

4.3加快10kV高壓開關柜的新技術研發和更新換代

隨著電力行業新技術的不斷開發和新產品的不斷推廣應用，各種重要的電力設備都呈現出越來越快的更新換代速度，對于10kV高壓開關柜而言，緊跟潮流，加快新技術的研發和更新換代。具體而言，就是要在10kV高壓開關柜中大力應用目前已經得到長足發展和進步的自動控制技術和新型低電阻率材料等。此外，電力企業的10kV配電網運行管理部門要轉換觀念，重視起對陳舊落后10kV高壓開關柜的更新換代工作，要意識到只有新型可靠的電力設備，才能更好地保證10kV配電網的安全、可靠運行，同時還能為企業帶來良好的經濟效益和社會效益，是電力系統長期安全運行的保障。

4.4推廣應用10kV高壓開關柜溫度在線監測技術

要在10kV高壓開關柜中推廣應用溫度在線監測技術，雖然該技術近年來才開始發展，但其基礎卻是目前已經發展較為成熟的計算機技術、檢測技術和自動控制技術。而且實踐研究表明，溫度在線監測技術在10kV高壓開關柜中應用具有良好的效果，因此值得對其進行更深層次的開發，并在合適的時間開展推廣應用工作。通過對高壓開關柜內部開關接頭、觸頭、母排、連接導線以及相關附件等關鍵設備的溫度進行在線監測，可以使運行人員實時掌控10kV高壓開關柜的運行情況，從對開關柜的異常溫升作出及時反應，避免故障擴大，造成更為嚴重的事故。

5安科瑞無線測溫系統

5.1系統結構

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。

溫度在線監測系統結構圖

5.2系統功能

測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

1. 實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

1. 歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。

5.3系統硬件配置

溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

6結束語

為了保證智能化無人值守變電站中10kV高壓開關柜的安全可靠運行，隨著新技術的不斷開發與應用，智能化變電站電氣設備狀態檢修技術將得到廣泛應用，與此同時，10kV高壓開關柜的在線測溫技術也必將得到進一步的應用與推廣。

參考文獻：

[1]蔡建仁.智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術研究

[2]劉軍．高壓大電流開關柜的散熱問題及解決方案[J]．中國電業：技術版，2013，（3）.

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[4]安科瑞用戶變電站變配電監控解決方案2021.10