安科瑞 陳聰

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(wèn)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(wèn)題的原因，對(duì)無(wú)線測(cè)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(guó)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(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)；高壓電氣設(shè)備；優(yōu)缺點(diǎn)

   我國(guó)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(kāi)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(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問(wèn)題，在使用過(guò)程中產(chǎn)生較大的電阻，從而出現(xiàn)溫升問(wèn)題。

1、高壓電氣設(shè)備溫升問(wèn)題的原因

   測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用離不開(kāi)對(duì)溫升問(wèn)題產(chǎn)生原因的剖析。一，高壓電氣設(shè)備自身的質(zhì)量問(wèn)題和安裝問(wèn)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(wèn)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(wèn)題明顯。二，高壓電氣設(shè)備運(yùn)輸?shù)倪^(guò)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(wèn)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(wèn)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(chǎng)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(kāi)關(guān)部位接觸不良，溫升問(wèn)題嚴(yán)重。五，設(shè)備長(zhǎng)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(guò)大超過(guò)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(kāi)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(wèn)題。這些區(qū)域的故障問(wèn)題較多且是溫升問(wèn)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(cè)量，既能掌握裝置在使用過(guò)程中的狀況，又能及時(shí)地檢測(cè)出因接觸不良或負(fù)載過(guò)大而產(chǎn)生的熱量過(guò)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(guò)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(cè)，這種溫升問(wèn)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(cè)溫系統(tǒng)很需要。

   在國(guó)內(nèi)，采用較多的高壓電力設(shè)備測(cè)溫法是示溫蠟片法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法和無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)。采用示溫法和紅外測(cè)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(guò)光纖測(cè)量，可以獲得實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果，但是在高、低電壓的情況下，不能隔絕環(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(wèn)題讓其安裝也存在著很大的阻礙。目前已有的無(wú)線測(cè)溫技術(shù)，主要是依靠當(dāng)下無(wú)線傳輸模式，克服一次、二次環(huán)路的連接與附著問(wèn)題，從而提升了高壓電力使用的安全性。

2、無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備應(yīng)用分析

   無(wú)線測(cè)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(cè)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(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通常情況下，在開(kāi)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(cè)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(wú)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(cè)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(wú)線測(cè)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(cè)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(lái)說(shuō)，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(wú)線溫度傳感器除了測(cè)溫器件之外，還包括供電電源、測(cè)量電路、邏輯控制電路和特定的頻率下的無(wú)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(zhǎng)期使用。由于無(wú)線測(cè)溫設(shè)備通常工作區(qū)很小，所以在使用過(guò)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(cè)量的誤差。無(wú)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(cè)量精度和測(cè)量誤差的要求進(jìn)行溫度傳感器的選擇。

2.2 無(wú)線溫度檢測(cè)器

   無(wú)線溫度檢測(cè)器系統(tǒng)具有多個(gè)接收信道，能夠?qū)Χ鄠€(gè)不同的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和顯示。在無(wú)線溫度檢測(cè)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(wú)線溫度檢測(cè)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(guò)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(lái)啟動(dòng)警報(bào)信號(hào)和聲音。無(wú)線溫度檢測(cè)器除了具備基本的檢測(cè)和警報(bào)的作用外，還具備了信息傳遞的能力，它可以通過(guò)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(kāi)關(guān)、接觸部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，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(wèn)題。

2.3 實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

   相較于上述的傳感器與檢測(cè)器此類硬件設(shè)施，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更偏向于無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是整體無(wú)線測(cè)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(guò)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(cè)系統(tǒng)，以便對(duì)硬件部分測(cè)溫結(jié)果進(jìn)行分析和處理。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)具有更高的適用性與安全性。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)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(cè)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(wú)線測(cè)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(wú)線測(cè)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(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)次的升級(jí)與升級(jí)，其性能變得越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)也越來(lái)越準(zhǔn)確。當(dāng)前的電力建設(shè)需要無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)越來(lái)越實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化，高壓電氣設(shè)備更是如此，無(wú)線測(cè)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(wú)線測(cè)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(wú)線通訊技術(shù)，這種技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)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(cè)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(cè)，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(guò)聲音和信號(hào)向操作人員提示特定的設(shè)備位置。

3.2 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)在電氣設(shè)備中應(yīng)用的不足

   采用了無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的高壓電氣設(shè)備溫度測(cè)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(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)也存在著一定的缺點(diǎn)。首先，無(wú)線測(cè)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(lái)供電，當(dāng)電池耗盡時(shí)，無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，工作人員無(wú)法看到設(shè)備溫度，只能通過(guò)斷開(kāi)線路來(lái)替換電池重新恢復(fù)連接，從而使變電所的開(kāi)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(wèn)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(wú)線測(cè)溫傳感器電池電量不足所致，經(jīng)停電更換無(wú)線測(cè)溫傳感器后，此現(xiàn)象依然存在。這種情況需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)接收端的安裝進(jìn)行調(diào)試，縮短與溫度測(cè)量點(diǎn)與無(wú)線測(cè)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(wú)線測(cè)溫傳感器不能更換電池，如果檢測(cè)到其電池的電量不夠，須對(duì)無(wú)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(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

   與國(guó)外的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)技術(shù)比較，國(guó)內(nèi)的溫度測(cè)量技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，但由于近年來(lái)國(guó)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(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)內(nèi)部分公司紛紛將無(wú)線測(cè)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(wèn)題的其他行業(yè)中得到了廣泛的使用。

5、應(yīng)用場(chǎng)景

   電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)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(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)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(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)。

7、結(jié)語(yǔ)

   由于傳感器、無(wú)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(cè)系統(tǒng)將會(huì)變得更為科學(xué)。隨著無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，我國(guó)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(guó)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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