電氣過熱產(chǎn)生的主要原因
在用電緊張、負荷增長迅速的情況下，10kV～35kV開關(guān)柜往往由于制造或使用上的原因，造成觸頭的溫度異常上升。如果不及時發(fā)現(xiàn)，不及時維護，有時會造成嚴重的設(shè)備事故。由這種原因造成的惡性事故在國內(nèi)時有發(fā)生（見圖1）。為了防止觸頭溫升異常造成的開關(guān)爆炸等惡性事故，國內(nèi)一些廠家和運行單位經(jīng)常會采用一些如變色片、紅外熱成像診斷來監(jiān)測觸頭、母線等其它部位的溫升。但是，這些方法由于存在偏差大、不可遠傳或無法直接觀測發(fā)熱點等缺陷，不能有效地作為一種預防措施來推廣。
根據(jù)電力工業(yè)技術(shù)進步的要求，開關(guān)柜正在向智能化、免維護、具備自診斷功能的方向發(fā)展，由原來的定期檢修向狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展。本項目研究的目的是研制一種經(jīng)濟、實用的觸頭溫升在線監(jiān)測裝置，在不降低原有設(shè)備絕緣性能的前提下，解決觸頭異常溫升的監(jiān)測報警問題。這種裝置既要經(jīng)濟實用，不能大幅度提高開關(guān)柜的成本，又要便于新設(shè)備的安裝和老設(shè)備的改造，提高開關(guān)設(shè)備運行的安全性、可靠性，減少惡性事故發(fā)生。
圖1 斷路器觸頭嚴重燒蝕現(xiàn)場圖
電氣過熱產(chǎn)生的主要危害
▲ 由于彈性變差，接觸電阻增大所引起的電氣發(fā)熱，如高壓開關(guān)柜動靜觸頭接觸處；
▲ 引流線連接處氧化或松動引起的電氣發(fā)熱；
▲電弧性接地短路；
▲ 電力電纜絕緣老化、損傷、電纜頭發(fā)熱；
▲ 用電負荷增大致使線路過載；
▲ 線路諧波電流增加引起中線過載；
▲ 施工質(zhì)量潛伏下來的隱患，造成接觸不良、絕緣破損；
▲ 電網(wǎng)暫態(tài)過電壓沿PE線的傳導導致絕緣擊穿；
▲ 過熱的惡性循環(huán)過程，使絕緣加速老化；
▲ 過熱的惡性循環(huán)過程，使得接觸電阻進一步增大，過熱加??；
▲ 火災之源；
▲ 爆炸之源；
▲ 電力事故之源。
三、無線測溫原理與系統(tǒng)組成
3.1.1測溫傳感器
CGS-3000開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)主要由六個整體式測溫傳感器和1個數(shù)據(jù)接收器組成，六個整體式測溫傳感器將測得的溫度信號無線發(fā)送給數(shù)據(jù)接收器，每個整體式測溫傳感器均采用CT線圈取電，且每個整體式測溫傳感器均帶有地址，防止串碼，溫度傳感器緊貼在觸頭上，保證溫度傳感器與觸臂可靠接觸，CT線圈澆注在測溫傳感器殼體內(nèi)，這樣給使用者帶來極大的方便，整體式測溫傳感器如圖2所示，使用時將整體式測溫傳感器套在觸臂上，如圖3所示，數(shù)據(jù)接收器如圖4所示。當斷路器合閘投運后，觸臂中通過＞30A電流時，CT輸出就能給傳感器信號處理模塊提供工作電源。埋設(shè)在彈簧觸頭附近的熱敏電阻將溫度信號傳送給信號處理模塊，模塊中的CPU將隨熱量變化的電阻信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)字信號，連同本傳感頭的編號一起通過無線發(fā)射模塊發(fā)送出去。裝在開關(guān)柜上部儀表室的CGS-3000BS變送儀表，接收并解調(diào)這個溫度信號，直接在集中顯示器顯示出來。同時判別是否超出事先設(shè)定的溫度門限，如溫升超限，即發(fā)出報警觸點信號。
圖2 整體式測溫傳感器
圖4 電纜頭測溫傳感器安裝圖
3.1.2接收中轉(zhuǎn)裝置
裝置如圖5所示，接收溫度信息，調(diào)制后用無線的形式進行傳輸。
圖5 接收中轉(zhuǎn)裝置
裝置同觸頭測溫裝置頻段配對后，通過數(shù)字解調(diào)將溫度信號讀取。然后通過增大發(fā)射功率將溫度信號調(diào)制到無線載波上傳輸?shù)礁h的集中接收裝置，該裝置有兩級溫度超溫報警輸出。
3.1.3 集中顯示裝置
裝置包含完美人機界面和強大的數(shù)據(jù)處理、存儲等功能，如圖5所示。室內(nèi)開關(guān)柜共用一臺集中接收裝置和集中顯示裝置，該裝置安裝在開關(guān)室內(nèi)的墻壁上。
圖5 集中顯示裝置
裝置采用5.7英寸TFT液晶顯示，美觀大方；
裝置可安裝在開關(guān)室的墻上，無需在開關(guān)柜面板上開孔安裝，非常適用于配電柜的改造；
系統(tǒng)通信接口為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊或者RS485總線通訊；
在集中顯示裝置中設(shè)有海量存儲器，可存儲每一面開關(guān)柜內(nèi)所有測溫點的歷史數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)并可隨時調(diào)閱；
可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢和報警查詢對關(guān)鍵點和報警點進行數(shù)據(jù)分析；集中顯示裝置安裝在開關(guān)室的墻上，只需用通過RS485和上位機連接即可。
3.1.4 上位機顯示
裝置和就地上位機之間采用RS485通訊方式，且遵循MODBUS通訊協(xié)議；
通過上位機即可實時監(jiān)測觸頭溫度的變化；
功能包括：實時溫度顯示、歷史溫度查詢、報警溫度查詢、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、歷史曲線繪制、報警溫度曲線繪制等功能。
圖6是歷史溫度查詢界面，此界面分為歷史溫度顯示區(qū)和查詢設(shè)置區(qū)。查詢設(shè)置區(qū)即輸入設(shè)置需要查詢的日期、時間。歷史溫度顯示區(qū)即顯示需要查詢的數(shù)據(jù)。
四、組網(wǎng)方式
五、項目內(nèi)容
110kV變電站開關(guān)柜
110kV變電站10KV開關(guān)柜共有13面開關(guān)柜需要加裝無線測溫裝置，集中顯示裝置安裝在開關(guān)室中間，在每個開關(guān)柜內(nèi)有9~12個測溫傳感器和1個溫度接收變送器，測溫傳感器安裝在斷路器上下觸臂上與母排搭接點上，測溫傳感器分別將測得的溫度信息無線發(fā)送給本柜溫度接收變送器，這樣13個溫度接收變送器分別與集中顯示器采用無線連接，集中采集器對所有13臺開關(guān)柜內(nèi)溫度信號進行集中接收，集中顯示器再將收到的溫度信息通過有線（RS485）傳到測溫控制上位機上，實現(xiàn)信息共享。
注：如數(shù)量不對請更正
5.3系統(tǒng)圖
測溫點---（無線）----采集器----（485線）--數(shù)據(jù)處理主機
5.4 現(xiàn)場施工
安裝時甲方需要提供停電計劃，一次性停電、或者是倒負荷停電。停電前一天施工人員到達現(xiàn)場。對于個別的開關(guān)柜或者是室外的線路不能停電的由甲方技術(shù)人員自行安裝。
戶外測溫裝置采用的安裝方式為螺絲固定或不銹鋼卡子固定（看情況確定）。
戶內(nèi)開關(guān)柜的測溫裝置（母排）螺絲固定，（斷路器）靜觸頭上安裝。
采用專配的不銹鋼卡子將測溫裝置固定在電氣設(shè)備易發(fā)熱的點（開關(guān)觸點、電纜接頭、母線聯(lián)結(jié)點、發(fā)電機和變壓器引接線接頭、電動機接線盒接頭等）具體方法如：將測溫裝置底面和母排完全接觸，然后用不銹鋼卡子將傳感器緊固在母排上。
5.4.2 安裝照片
? 靜觸頭測溫環(huán)方式測溫
圖10 靜觸頭測溫環(huán)方式
圖15 接收中轉(zhuǎn)裝置安裝方式
五、售后服務(wù)
我方全天24時接受用戶投訴，及時處理您的建議、意見和反饋；
提供的設(shè)備保證期為最終驗收合格之日起12個月；
在質(zhì)量保證期內(nèi)由于設(shè)備本身質(zhì)量原因造成的任何損傷或損壞，負責免費修理或更換；
5.1 資料歸檔
技術(shù)資料是無線測溫系統(tǒng)的一個重要組成部分，應能使技術(shù)人員在無線測溫系統(tǒng)的使用中，方便地對其進行安裝、運行、維護、完善和開發(fā)。
我司將提供以下相關(guān)資料：
? 全套計算機硬件、操作系統(tǒng)、軟件資料；
? 測溫模塊及采集器的技術(shù)說明書；
? 無線測溫后臺的使用手冊和維護手冊；
? 提供維護所必需的源代碼；
? 出廠驗收、竣工驗收大綱；
? 測試報告；
? 資料核查報告；
附件一、幾種觸頭在線測溫產(chǎn)品的特性對比
1、非接觸紅外感應式
利用紅外熱電堆原理進行光學照準測溫，優(yōu)點：技術(shù)先進、測溫方式簡單，絕緣隔離好。缺點：探頭和被測點之間必須通視，只能對準母線室和電纜室定觸頭連接母排的引出端，間接測量觸頭溫度。安裝時每個點要進行機械調(diào)校、照準、鎖緊，震動或檢修碰觸時容易將照準點位移而失效。由于只能在母線室和電纜室安裝，安裝時母線必須停電，一旦送電，以后難以維護、檢修。
2、光纖測溫技術(shù)
優(yōu)點：技術(shù)先進、測溫范圍廣、精度高。缺點：由于光纖的折彎半徑不能過小，還必須保證表面的高壓爬距，因此，在柜體內(nèi)分布安裝比較復雜，維護、更換難度較大。每套系統(tǒng)必須配一臺光調(diào)制解調(diào)器（約30~40萬元）。當監(jiān)測的點數(shù)較少時，成本偏高。安裝的點數(shù)越多，價格分攤將越低。只能安裝在母線側(cè)，安裝、維修時母線必須停電。
3、定觸頭瓷套內(nèi)腔埋入式測溫，紅外或無線信號傳輸方式
將熱敏傳感器及紅外或無線發(fā)射頭安裝在定觸頭根部，接收頭與觸頭的絕緣磁套盒組合安裝在一起，靠定觸頭的一次電流取電，將溫度信號向接收端發(fā)送，這種方式在開關(guān)柜投運前必須安裝、調(diào)試完畢，當開關(guān)柜一旦投運后就沒有維修、更換的機會了。除非要等到變壓器或進線停電檢修。而這個機會非常少，裝備在線測溫系統(tǒng)的正常維護是必要的，無法維護的裝備一般不會受用戶歡迎。
4、溫度傳感器接觸式測溫、無線數(shù)字傳輸方式的優(yōu)越性及技術(shù)難點
采用的最新的無線數(shù)據(jù)通信專用集成電路，溫度傳感器和無線數(shù)據(jù)發(fā)射電路安裝在高電位的發(fā)熱端，無線接收儀表安裝在儀表室的門上，高低壓之間的數(shù)據(jù)傳輸無任何物理連接，如果生產(chǎn)廠有能力突破幾個技術(shù)難點的話，這是最理想的方式，主要優(yōu)點有以下幾項：
（1） 高低壓之間的數(shù)據(jù)無線傳輸、也無需對準，安裝簡單，適用范圍寬：（適用高壓開關(guān)額定電流范圍630A~4000A），可顯示絕對溫度或相對溫升。但由于開關(guān)柜內(nèi)都是金屬隔離結(jié)構(gòu)，對無線電信號有很強的屏蔽和吸收作用，另一方面，為不產(chǎn)生空間電磁干擾，發(fā)射功率只能控制在10mW以下，因此，微小功率的無線電波在電柜內(nèi)穿越屏蔽、可靠通信是一技術(shù)難點。
（2） 必須選用工作溫度可達到（軍品級）500℃的無線收、發(fā)組件，才能解決在高溫區(qū)域條件下工作的自身可靠性。由于軍品級的電路在市場上不易采購，生產(chǎn)廠家一般都用85℃的芯片來替代，用戶一般無法識別。在線測溫裝置在溫度升高時自身先失效的可能性就大大增加。
（3） 手車柜應用在線測溫裝置時，應將所有的傳感組件全部在手車側(cè)的斷路器觸臂上完成。這樣給安裝、維護、維修帶來很大的方便，安裝、維修時只需拉出斷路器手車即可，停電范圍小，時間短，對于老設(shè)備加裝、改造在線測溫也十分方便。難點是斷路器的型號、規(guī)格、結(jié)構(gòu)等各不相同，需要有不同的安裝夾具、不同的安裝工藝來完成，
（4） 采用小CT方式取母線一次電流供電。這是無線測溫裝置的一種比較理想的免維護供電方式，但在實際應用中有一定的技術(shù)門檻，特別是采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)時，這種取電方式比電池更容易受到高壓柜內(nèi)的強電場和強磁場的干擾，必須要有精確的技術(shù)措施和精密的調(diào)試儀器來解決無線通信的可靠性問題，這也是為什么許多用無線方式通信的生產(chǎn)廠家只得采用電池作電源來解決通信可靠性的原因。這些廠家雖然用電池解決了通信問題，但不得不舍棄產(chǎn)品的使用壽命和免維護問題。
另一方面適當選擇CT制作的參數(shù)也十分重要，要巧妙利用鐵磁線圈的飽和特性，既要達到一次額定電流的5%時，其能量就可滿足無線傳感器的起始工作電源的要求，又要在一次電流滿功率運行的情況下小CT發(fā)熱很小。不影響長期工作的可靠性。
（5） 如果上述幾點問題都能解決好的話，無線測溫就可認為是技術(shù)先進、成熟，精度高、可靠性好，免維護性能好、功能強，一套裝置在單臺柜內(nèi)可測6個點、9個點、12個點（可選），是經(jīng)濟實用，價格適中的最佳方案。
附錄1：
產(chǎn)品主要技術(shù)指標：
1. 測溫范圍：0~500℃ 精度 ±1.5% FS
2. 測溫傳感器：日本進口高精度、高溫熱敏電阻，6路觸頭發(fā)熱點＋1路柜內(nèi)溫度，可選擇增加3路或6路母線接頭測溫。
3. 適應開關(guān)設(shè)備的種類： 現(xiàn)有市場提供的開關(guān)設(shè)備的型號、規(guī)格等一般都能適用，按用設(shè)備結(jié)構(gòu)，配置不同的安裝方式。
4. 無線通信頻率：433MHz 發(fā)射功率： <10mW
5. 通訊輸出接口（選擇配置）：RS485 MODBUS協(xié)議
波特率： 4800
6. 顯示儀表的電源及功耗：AC220V土15% ≤5W
7. 溫度傳感器模塊的供電方式：取自一次電流感應式
8. 傳感器組件供電的一次電流范圍：30A~5000A
9. 耐溫范圍：0~500℃
10.測溫環(huán)主要技術(shù)指標：
