淺談無線測溫系統(tǒng)在煤礦高壓電氣設(shè)備上的應(yīng)用

唐曉娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)向著高電壓、高容量的方向前進(jìn)著，電力系統(tǒng)全新的技術(shù)與設(shè)備層出不窮，電力的輸送能力不斷提升。然而，高壓電氣設(shè)備承載的高壓電力負(fù)荷也讓其自身的溫升問題成為了威脅電網(wǎng)穩(wěn)定的元兇，設(shè)備溫度已經(jīng)成為了當(dāng)下電網(wǎng)輸電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。本文基于高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因，對(duì)無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用進(jìn)行分析，剖析其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)并提供應(yīng)用實(shí)例，為我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：無線測溫系統(tǒng)；高壓電氣設(shè)備；優(yōu)缺點(diǎn)

   我國電力系統(tǒng)中的高壓電氣設(shè)備有著多種多樣的連接點(diǎn)，比如隔離的開關(guān)接頭、母線節(jié)點(diǎn)等。很多的設(shè)備由于制造或者安全過程中的質(zhì)量問題會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問題，在使用過程中產(chǎn)生較大的電阻，從而出現(xiàn)溫升問題。

1、高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因

   測溫系統(tǒng)的應(yīng)用離不開對(duì)溫升問題產(chǎn)生原因的剖析。一，高壓電氣設(shè)備自身的質(zhì)量問題和安裝問題，特別是在設(shè)備螺栓的連接處，連接點(diǎn)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，其緊固度是否達(dá)標(biāo)都影響著電阻的強(qiáng)弱。很多設(shè)備連接處在安裝時(shí)都會(huì)出現(xiàn)不平整和粗糙的問題，打磨上的不到位也會(huì)導(dǎo)致電阻的加大，接觸不良，進(jìn)而影響設(shè)備的使用使得溫升問題明顯。二，高壓電氣設(shè)備運(yùn)輸?shù)倪^程中不注意保護(hù)，造成磕碰，導(dǎo)致連接點(diǎn)或者關(guān)鍵部位變形，進(jìn)而造成接觸不良。三，高壓電氣設(shè)備自身的金屬表面易發(fā)生銹蝕或者氧化反應(yīng)，設(shè)備表面的問題也會(huì)影響設(shè)備的接觸，部分電氣設(shè)備的工作環(huán)境不佳，高溫、雨雪、大風(fēng)的環(huán)境因素更會(huì)加速設(shè)備自身的老化，造成溫升問題嚴(yán)重。四，外力因素影響設(shè)備連接處接觸不良。很多的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，設(shè)備安裝、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)也容易出現(xiàn)紕漏，導(dǎo)致很多電纜接頭、隔離開關(guān)部位接觸不良，溫升問題嚴(yán)重。五，設(shè)備長期處于高荷載的壓力下，高壓電氣設(shè)備自身承載了高壓電的輸送和應(yīng)用，一旦電流過大超過設(shè)備的承載能力，加之電流自身的熱效應(yīng)作用，會(huì)讓設(shè)備溫度急速上升。

   在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中，斷路器、隔離開關(guān)、電纜接頭、套管和母線等裝置的接頭處，都會(huì)出現(xiàn)上述五個(gè)問題。這些區(qū)域的故障問題較多且是溫升問題的易發(fā)區(qū)域，在日常的巡檢和維護(hù)中，工作人員應(yīng)著重對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。在進(jìn)行設(shè)備巡視時(shí)，對(duì)裝置進(jìn)行溫度測量，既能掌握裝置在使用過程中的狀況，又能及時(shí)地檢測出因接觸不良或負(fù)載過大而產(chǎn)生的熱量過高。在帶電狀態(tài)下，因電流和熱量的影響，其內(nèi)部的溫度高于外界屬于正常的情況，但因設(shè)備本身的故障或者過大的負(fù)載而產(chǎn)生的熱量變化需要進(jìn)行密切的監(jiān)測，這種溫升問題會(huì)加劇設(shè)備的老化，從而降低設(shè)備的壽命，甚至可能造成設(shè)備燒毀，因此對(duì)高壓電氣設(shè)備應(yīng)用測溫系統(tǒng)很需要。

   在國內(nèi)，采用較多的高壓電力設(shè)備測溫法是示溫蠟片法、紅外測溫法、光纖測溫法和無線測溫系統(tǒng)。采用示溫法和紅外測溫器都是手工操作，不能實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)，而通過光纖測量，可以獲得實(shí)時(shí)的測量結(jié)果，但是在高、低電壓的情況下，不能完全隔絕環(huán)境因素，不能滿足高壓儀器的電氣儀表規(guī)范要求，而且在柜內(nèi)安裝時(shí)，由于光纖不耐高溫以及布線困難等問題讓其安裝也存在著很大的阻礙。目前已有的無線測溫技術(shù)，主要是依靠當(dāng)下無線傳輸模式，克服一次、二次環(huán)路的連接與附著問題，從而提升了高壓電力使用的安全性。

2、無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備應(yīng)用分析

   無線測溫系統(tǒng)的組成可以分為溫度傳感器部分以及溫度監(jiān)測結(jié)果顯示與分析部分，也可以分為系統(tǒng)的硬件與軟件。如圖1所示的高壓電力設(shè)備無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通常情況下，在開關(guān)柜、電纜接頭、保險(xiǎn)絲等的交界處安裝有溫度傳感器，為了確保測量的準(zhǔn)確性，傳感器通常與受檢處在相同的電壓位置，再利用無線技術(shù)把采集到的信號(hào)進(jìn)行傳輸和顯示。為了確保溫度測量的安全性，對(duì)高電壓和低電壓工作部件進(jìn)行絕緣，防止泄漏和其他事故。通常，在工作設(shè)備的外部表面上設(shè)有多個(gè)信道，用于對(duì)多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理，然后將接收機(jī)所接收的資料經(jīng)由串行或并行端口傳送至電腦，經(jīng)預(yù)先編制的程式加以分析及加工。

圖 1 高壓電力設(shè)備無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 溫度傳感器

   溫度傳感器的作用是把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電訊號(hào)，通常采用 Pt100 型溫差電偶計(jì)，其測量準(zhǔn)確度可達(dá) 0.1攝氏度。也可采用零磁通微型電流傳感器，同樣具有較高的應(yīng)用價(jià)值。從技術(shù)上來說，磁力傳感器選擇了低損耗的坡莫合金作為鐵芯，并利用特殊的負(fù)壓技術(shù)和保護(hù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵芯的自動(dòng)補(bǔ)償，使得鐵芯處于零磁通的理想工作條件下。無線溫度傳感器除了測溫器件之外，還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路和特定的頻率下的無線電通訊電路。為適應(yīng)較高的工作條件，一般采用高溫、高壓的熱收縮管材包裝，并具有一定的防水、防塵性能，以保證長期使用。由于無線測溫設(shè)備通常工作區(qū)很小，所以在使用過程中要盡可能縮小其尺寸以滿足工作條件。當(dāng)采用溫度傳感器時(shí)，可以采用耐熱的膠合線或膠合技術(shù)將熱敏元件與物件的外表相結(jié)合，但應(yīng)注意保持接觸點(diǎn)的緊密，以降低測量的誤差。無線溫度傳感器應(yīng)該具有較寬的線性工作范圍，通常選用-55~130 攝氏度的感溫元件，并針對(duì)各種工況結(jié)合測量精度和測量誤差的要求進(jìn)行溫度傳感器的選擇。

2.2 無線溫度檢測器

   無線溫度檢測器系統(tǒng)具有多個(gè)接收信道，能夠?qū)Χ鄠€(gè)不同的測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和顯示。在無線溫度檢測器中設(shè)有判斷和故障處置功能，由工作人員預(yù)先設(shè)定一個(gè)安全區(qū)，由無線溫度檢測器將采集到的信息與設(shè)定的閾值進(jìn)行比對(duì)，如果溫度超過該閾值，則進(jìn)入故障處理模組，并將警示文字輸出，并輸出一組高、低的電平來啟動(dòng)警報(bào)信號(hào)和聲音。無線溫度檢測器除了具備基本的檢測和警報(bào)的作用外，還具備了信息傳遞的能力，它可以通過一條數(shù)據(jù)線路或一條串/并端口通訊晶片與電腦相連，員工可以對(duì)多個(gè)開關(guān)、接觸部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全問題。

2.3 實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)

   相較于上述的傳感器與檢測器此類硬件設(shè)施，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)更偏向于無線測溫系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)是整體無線測溫硬件運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理、信號(hào)收集等功能的統(tǒng)合，通過客戶端的界面與工作人員進(jìn)行聯(lián)系和指令的上傳下達(dá)。為了減少操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，技術(shù)工作者研制出符合以上所描述的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，以便對(duì)硬件部分測溫結(jié)果進(jìn)行分析和處理。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有溫度顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)分析對(duì)比、故障警示、故障分析、設(shè)備運(yùn)行狀況分析等功能，可以對(duì)硬件部分的功能進(jìn)行整合與補(bǔ)全。在實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可以將冗雜的數(shù)據(jù)處理工作采用一些模塊化的設(shè)計(jì)方法，將各模塊單元按照功能進(jìn)行分解，分門別類的儲(chǔ)存數(shù)據(jù)與處理數(shù)據(jù)，這種模塊化的設(shè)計(jì)方法可以讓實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的適用性與安全性。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)能夠協(xié)助技術(shù)工作者進(jìn)行大量的資料收集、提取、比較、分析工作，并能根據(jù)不同設(shè)備的不同溫度，實(shí)時(shí)報(bào)告各種異常狀況，確保各項(xiàng)裝置的正常工作。同時(shí)，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)還具備較好的數(shù)學(xué)運(yùn)算及可視化性能，能夠?qū)⒛骋粫r(shí)期的資料顯示為圖表，并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)記，方便后期維護(hù)保養(yǎng)。

3、無線測溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)與不足

3.1 無線測溫系統(tǒng)在電氣設(shè)備中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

   隨著科技的進(jìn)步，無線測溫系統(tǒng)經(jīng)過了無數(shù)次的升級(jí)與升級(jí)，其性能變得越來越強(qiáng)，對(duì)溫度的監(jiān)測也越來越準(zhǔn)確。當(dāng)前的電力建設(shè)需要無線測溫系統(tǒng)越來越實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化，高壓電氣設(shè)備更是如此，無線測溫系統(tǒng)也隨著高壓電氣設(shè)備的應(yīng)用而不斷調(diào)整。在訊號(hào)接收方面，無線測溫系統(tǒng)依據(jù)高壓電氣設(shè)備的特點(diǎn)，延伸出較高的信號(hào)頻率，具有良好的穩(wěn)定性，不易被外界因素干擾。在信號(hào)傳輸上，采用了無線通訊技術(shù)，這種技術(shù)相對(duì)來說比較簡單，能耗和成本比較低，而且可以根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,實(shí)時(shí)監(jiān)測到儀器的工作狀態(tài)，而不受天氣條件的限制?？梢詫?duì)儀器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免漏檢。同時(shí)，還能按用戶的需求設(shè)定裝置的超溫報(bào)警器，并能通過聲音和信號(hào)向操作人員提示特定的設(shè)備位置。

3.2 無線測溫系統(tǒng)在電氣設(shè)備中應(yīng)用的不足

   采用了無線測溫系統(tǒng)的高壓電氣設(shè)備溫度測量，降低了變電站操作人員的巡視工作強(qiáng)度，也同時(shí)提高了設(shè)備的安全性能。但是，在實(shí)際使用中，無線測溫系統(tǒng)也存在著一定的缺點(diǎn)。首先，無線測溫系統(tǒng)是一種主動(dòng)式的技術(shù)，它需要內(nèi)置一個(gè)電池來供電，當(dāng)電池耗盡時(shí)，無線測溫系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，工作人員無法看到設(shè)備溫度，只能通過斷開線路來替換電池重新恢復(fù)連接，從而使變電所的開關(guān)工作和意外斷電的數(shù)量大幅度提高。為了解決這個(gè)問題，我們可以在技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，將內(nèi)置的電池?fù)Q成被動(dòng)式電源，利用固定點(diǎn)的電流產(chǎn)生的電磁波作為動(dòng)力，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到了提升。其次，在實(shí)際應(yīng)用中，電源裝置的一些溫控指標(biāo)常常會(huì)出現(xiàn)故障，初步判斷為無線測溫傳感器電池電量不足所致，經(jīng)停電更換無線測溫傳感器后，此現(xiàn)象依然存在。這種情況需要對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行檢測，對(duì)接收端的安裝進(jìn)行調(diào)試，縮短與溫度測量點(diǎn)與無線測溫系統(tǒng)之間的距離，避免了這種情況的出現(xiàn)。另外，使用自帶有源技術(shù)的無線測溫傳感器不能更換電池，如果檢測到其電池的電量不夠，須對(duì)無線傳感器進(jìn)行替換，這不但會(huì)提高儀器的維修費(fèi)用，還會(huì)造成設(shè)備的資源消耗。

4、無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

   與國外的無線測溫系統(tǒng)技術(shù)比較，國內(nèi)的溫度測量技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，但由于近年來國內(nèi)產(chǎn)業(yè)對(duì)此的持續(xù)關(guān)注，在這一領(lǐng)域的投資、人力、物力都得到了提高。在電力產(chǎn)業(yè)中，有很多輔助設(shè)備裝置，尤其是對(duì)電力運(yùn)行的監(jiān)控設(shè)備。就是當(dāng)線路運(yùn)行到一定的負(fù)載或者是高溫的時(shí)候，這個(gè)裝置就會(huì)自動(dòng)的停止供電，避免出現(xiàn)意外。這些實(shí)用的新型產(chǎn)品多用于高壓電氣設(shè)備，其各個(gè)接口都是事先安裝好的，無法替換。雖然一定程度上會(huì)減少電阻的產(chǎn)生，但是由于長期的工作，很容易造成故障，導(dǎo)致設(shè)備自身的電阻加大，在運(yùn)行期間也會(huì)增加熱量。長期如此，容易易造成安全事故，危及人民的人身、財(cái)產(chǎn)的健康。針對(duì)這種情況，國內(nèi)部分公司紛紛將無線測溫技術(shù)應(yīng)用于電力生產(chǎn)中。隨著這項(xiàng)技術(shù)的普及，現(xiàn)在不僅是電力行業(yè)，而且還在具有溫升問題的其他行業(yè)中得到了廣泛的使用。

5、應(yīng)用場景

   電氣接點(diǎn)在線測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，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。

6、系統(tǒng)硬件配置

   溫度在線監(jiān)測系統(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。

7、結(jié)語

   由于傳感器、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓電氣的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)將會(huì)變得更為科學(xué)。隨著無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，我國的電力工業(yè)也更加穩(wěn)定和安全，其技術(shù)的進(jìn)步為我國的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]李徽勝,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J],自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2022,41(5):103-106。

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版。

作者介紹：

唐曉娟，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用。手機(jī)：13774431042（微信同號(hào)）；QQ：2881495215；郵箱：2881495215@qq.com。