无线测温装置在成套高压开关柜上的应用

无线测温装置在成套高压开关柜上的应用

李琦

国网山西省电力公司超高压变电分公司  山西太原  030032

摘要：随着电力技术的发展，成套电气设备在输配电系统中应用越来越广泛，其具有集成度高、运行稳定可靠等优点，但由于其使用全封闭式金属外壳组装，所以对其连接点处的运行温度实行在线监测带来弊端，不便于运行人员管理等。鉴此，智能化、信息化和无线通信技术将会在封闭成套高压电气测温系统上发挥重要作用，为设备运行管理人员提供可靠的设备运行遥测数据，便于设备运行管理人员及时掌握设备运行工况，分析设备异常运行情况，排查设备运行缺陷，确保设备运行安全。

关键词：高压开关柜无线测温在线监测

引言

成套高压开关柜作为发配电系统中重要的电气设备，其运行可靠性关系到发电厂机组的并网安全运行和配电系统的用户用电可靠性，由于采用封闭式集成组装，运行中设备发热问题成为运行人员重点监测事项。再加上运行中带有高压电、大电流和强磁场，所以对运行中的日常巡查管理也带来了弊端，尤其是对动静触头、母线连接点等易发热和易出现故障的地方无法直接观察或通过红外测温仪监测运行温度，不便于运行人员及时发现异常运行情况，存在安全风险，易导致缺陷扩大诱发事故，造成人员伤亡和经济损失。所以随着无线通信技术的不断发展，无线测温装置逐步应用到高压电力系统，弥补了人工监测存在的短板。本文以KYN28-12系列高压开关柜为例，对无线测温装置在封闭成套高压开关柜上的应用及成果进行探讨，为类似成套系统的改造提供借鉴意义。

1过渡湾水电站6.3kV高压开关柜现状

过渡湾水电站装机25.5MW，装有三台8.5MW轴流转桨式水轮发电机组，#1、#2机组组成扩大单元接线经6.3kVⅠ段母线接入#1主变，#3机组为单元接线经6.3kVⅡ段母线接入#2主变，6.3kVⅠ段、Ⅱ段母线由14面KYN28-12系列金属铠装抽出式开关设备，柜体由仪表室、手车室、母线室、电缆室组成，形成完全分开隔离和封闭装配，具有安全可靠、操作灵活等特点，但由于全封闭设计，存在不便于对柜内设备运行情况进行掌控的缺点。每年汛期，正是迎峰度夏发电的高峰期，因为开关柜触头发热问题而造成被迫停机检修事件时有发生，不仅会造成电站发电经济损失，还会受到电网非计划停运事件考核。

2运行中高压开关柜装设测温装置方案探讨

2.1测温装置安装方案选择

目前市场在用测温装置可分为有线有源式和无线无源式，在高压电气设备中，由于运行中存在高电压、大电流和强磁场，采用有线式的测温装置，由于测温传感器紧贴带电设备导体，若测温设备绝缘性能不达标或产生感应电等情况，可能导致一次侧高电压或大电流串入二次侧，从而烧毁二次设备或引起其它保护装置误动、误发信号等情况。其次，采用无线测温装置，除了具备有线测温装置的功能外，由于采用无线通信技术，使测温传感器与监测装置去掉了有线连接，从而有效解决了电气设备一次设备中的高电压、大电流串入二次系统的危险，同时还减少了装置现场布线，使装置安装更加灵活。因此无线测温装成为运行中高压开关柜测温系统的首选方案。

2.2无线测温装置特点

高压开关柜的温度监测点都处于高电压、大电流、强磁场的密闭环境中，存在强电磁场、高压绝缘和空间的限制等问题。无线测温装置采用无线电波进行信号传输，传感器安装在高压电气设备的被监测点上，与后台监测接收装置之间无电气连接，因此从根本上解决了由于高电压、大电流和绝缘等原因不易实时在线监测的难题，并使无线测温装置具有了极高的可靠性和安全性，可直接安装到每台高压开关动静触头、母线连接点等容易产生高温的电气接点处。同时装置配备标准通讯接口，可与电站计算机监控系统实时通讯，实现温度在线监测、远方监测和保存历史数据，为设备的维修提供历史数据，实现了高压设备热故障预知维护。

3过渡湾水电站6.3kV高压开关柜无线测温装置结构

过渡湾水电站6.3kV高压开关柜无线测温装置由无线测温传感器和现场监控装置组成。无线测温传感器安装于开关柜内小车开关动触头处和电缆连接处，监控装置安装于高压室内，保证监控装置与各测温点及电站计算机监控系统LCU屏柜距离不超过100米距离，现场监控装置通过RS485接口与电站计算机监控系统通讯，实现在线实时上传温度数据，运行值班人员可远方实时查看各测温点运行温度，并设定温升预警值，当运行温度超过预警温度值后，系统自动弹出预警简报窗口，及时提醒运行人员进行现场检查，或调整机组运行方式，防止引发高压开关柜事故。

3.1无线温度传感器

无线温度传感器主要用于测量高压带电物体表面或接点处的温度。无线温度传感器是由温度传感器、信号调制放大、逻辑控制电路、无线调制接口、感应电路组成，并整体封装在绝缘橡胶内（绝缘电阻值大于100MΩ）。当开关触头或电缆接头处有电流流过时，感应电路将产生3-5V感应电压供温度传感器使用，有效解决了温度传感器供电电源问题，同时传感器将采集到的温度信号通过无线网络发送到现场监控装置，实现设备温度量采集。

3.2现场监控装置

现场监控装置采用工业主机，具备长期带电运行性能，工作可靠性高，实时接收无线温度传感器信号，解析、显示、上传温度量，通过现场组态，可实现现地温度量显示和监测。现场监控装置采用市电供电，整机功耗小于5VA，可接收2.4GHz/433MHz/470-510MHz范围内无线频率信号，管理240只无线传感器，且绝缘电阻大于100MΩ（温度在10~30℃,相对湿度小于80%），可在-10℃~+70℃环境中正常工作，在小于90%RH的湿度环境中不结露、无腐蚀，满足现场安全运行要求。

3.3无线测温装置通讯结构

为了实现无线温度传感器、现场监控装置、电站计算机监控系统三者之间的通讯联系，无线传感器与现场监控装置采用无线电波进行信号传输，使高低压设备之间不存在电气连接，有效阻止一次侧高压电串入二次侧低压电器中烧毁设备。现场监控装置与电站计算机监控系统通过RS485接口采用modbusRTU规约上传温度数据，既满足电力系统二次安防要求，又能实时可靠上传温度数据，实现远方实时在线监测功能。

3.4系统组态

过渡湾电站计算机监控系统采用的是南瑞集团NC3.0系统，通过现场监控装置上送的各部温度数据，在计算机监控系统内模拟出高压开关柜内各温度监测点，为运行值班人员提供真实的人机交换画面，便于运行值班人员实时在线监测，同时在计算机监控系统历史数据库内实时保存测温数据，为电站高压开关柜的维修提供了数据支撑，实现了设备计划性检修管理。

3.4系统应用情况

2020年1月，过渡湾水电站完成6.3kV高压开关柜无线测温装置的按照工作，分别在每台开关、电气设备的动触头及接头处安装了无线测温传感器。经过十个月的运行，2020年10月通过对开关柜历史温度数据曲线的分析，发现#2发电机出口开关C相上触头温度相对偏高，最高温度达57℃，高于其它两相温度平均值49℃的16%，属异常运行情况。随即电站将该异常情况列入2020年度冬修冬试工作计划。2021年1月电站更换了#2发电机出口开关C相上梅花触头，发现原触头接触表面有氧化和磨损痕迹，造成接触电阻偏大，从而引起发热现象。更换后，#2机组出口开关各触头温度恢复正常，有效防止了故障扩大引发事故的风险。

4结论

铠装式高压开关柜由于其特有的集成型和安全性被广泛应用于电力系统的发配电系统中，但由于其密闭性，运行人员难以直观掌握柜内电气设备及其导线连接处的运行情况，存在管理盲区，为设备安全运行留下隐患，可能造成缺陷扩大引发安全事故。过渡湾水电站通过对现有高压开关柜安装无线测温装置，有效避免了设备监管盲区，规范了设备运行管理，并为设备计划性检修提供了依据。

通过无线通讯技术的发展，无线测温传感器不仅可用于高压开关柜内各电气连接处的测温监控，还可用于室外高压电气设备、设备软连接、设备过渡线夹等高电压、大电流、强磁场及不便于直接观测的设备和场所的温度监测，也是今后自动化测控发展的方向。

参考文献：

[1]唐亚娟.建筑工程档案资料有效管理措施的应用分析[J].冶金管理,2020(11):248-249.