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淺談無(wú)線(xiàn)測溫系統在煤礦高壓電氣設備上的應用 唐曉娟 安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司 上海嘉定 201801 摘要：隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力系統向著(zhù)高電壓、高容量的方向前進(jìn)著(zhù)，電力系統全新的技術(shù)與設備層出不窮，電力的輸送能力不斷提升。然而，高壓電氣設備承載的高壓電力負荷也讓其自身的溫升問(wèn)題成為了威脅電網(wǎng)穩定的元兇，設備溫度已經(jīng)成為了當下電網(wǎng)輸電設備穩定運行的重要參數。本文基于高壓電氣設備溫升問(wèn)題的原因，對無(wú)線(xiàn)測溫系統的結構與應用進(jìn)行分析，剖析其應用的優(yōu)缺點(diǎn)并提供應用實(shí)例，為我國電力系統的穩定運行與發(fā)展提供參考。 關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)測溫系統；高壓電氣設備；優(yōu)缺點(diǎn) 我國電力系統中的高壓電氣設備有著(zhù)多種多樣的連接點(diǎn)，比如隔離的開(kāi)關(guān)接頭、母線(xiàn)節點(diǎn)等。很多的設備由于制造或者安全過(guò)程中的質(zhì)量問(wèn)題會(huì )出現接觸不良的問(wèn)題，在使用過(guò)程中產(chǎn)生較大的電阻，從而出現溫升問(wèn)題。 1、高壓電氣設備溫升問(wèn)題的原因 測溫系統的應用離不開(kāi)對溫升問(wèn)題產(chǎn)生原因的剖析。一，高壓電氣設備自身的質(zhì)量問(wèn)題和安裝問(wèn)題，特別是在設備螺栓的連接處，連接點(diǎn)是否符合標準，其緊固度是否達標都影響著(zhù)電阻的強弱。很多設備連接處在安裝時(shí)都會(huì )出現不平整和粗糙的問(wèn)題，打磨上的不到位也會(huì )導致電阻的加大，接觸不良，進(jìn)而影響設備的使用使得溫升問(wèn)題明顯。二，高壓電氣設備運輸的過(guò)程中不注意保護，造成磕碰，導致連接點(diǎn)或者關(guān)鍵部位變形，進(jìn)而造成接觸不良。三，高壓電氣設備自身的金屬表面易發(fā)生銹蝕或者氧化反應，設備表面的問(wèn)題也會(huì )影響設備的接觸，部分電氣設備的工作環(huán)境不佳，高溫、雨雪、大風(fēng)的環(huán)境因素更會(huì )加速設備自身的老化，造成溫升問(wèn)題嚴重。四，外力因素影響設備連接處接觸不良。很多的設備運行現場(chǎng)情況比較復雜，設備安裝、使用、維護等各個(gè)環(huán)節也容易出現紕漏，導致很多電纜接頭、隔離開(kāi)關(guān)部位接觸不良，溫升問(wèn)題嚴重。五，設備長(cháng)期處于高荷載的壓力下，高壓電氣設備自身承載了高壓電的輸送和應用，一旦電流過(guò)大超過(guò)設備的承載能力，加之電流自身的熱效應作用，會(huì )讓設備溫度急速上升。 在實(shí)際設備運行中，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電纜接頭、套管和母線(xiàn)等裝置的接頭處，都會(huì )出現上述五個(gè)問(wèn)題。這些區域的故障問(wèn)題較多且是溫升問(wèn)題的易發(fā)區域，在日常的巡檢和維護中，工作人員應著(zhù)重對其進(jìn)行檢查和維護。在進(jìn)行設備巡視時(shí)，對裝置進(jìn)行溫度測量，既能掌握裝置在使用過(guò)程中的狀況，又能及時(shí)地檢測出因接觸不良或負載過(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，其內部的溫度高于外界屬于正常的情況，但因設備本身的故障或者過(guò)大的負載而產(chǎn)生的熱量變化需要進(jìn)行密切的監測，這種溫升問(wèn)題會(huì )加劇設備的老化，從而降低設備的壽命，甚至可能造成設備燒毀，因此對高壓電氣設備應用測溫系統很需要。 在國內，采用較多的高壓電力設備測溫法是示溫蠟片法、紅外測溫法、光纖測溫法和無(wú)線(xiàn)測溫系統。采用示溫法和紅外測溫器都是手工操作，不能實(shí)時(shí)采集到的數據，而通過(guò)光纖測量，可以獲得實(shí)時(shí)的測量結果，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(mǎn)足高壓儀器的電氣儀表規范要求，而且在柜內安裝時(shí)，由于光纖不耐高溫以及布線(xiàn)困難等問(wèn)題讓其安裝也存在著(zhù)很大的阻礙。目前已有的無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)，主要是依靠當下無(wú)線(xiàn)傳輸模式，克服一次、二次環(huán)路的連接與附著(zhù)問(wèn)題，從而提升了高壓電力使用的安全性。 2、無(wú)線(xiàn)測溫系統結構與設備應用分析 無(wú)線(xiàn)測溫系統的組成可以分為溫度傳感器部分以及溫度監測結果顯示與分析部分，也可以分為系統的硬件與軟件。如圖1所示的高壓電力設備無(wú)線(xiàn)測溫系統的結構，通常情況下，在開(kāi)關(guān)柜、電纜接頭、保險絲等的交界處安裝有溫度傳感器，為了確保測量的準確性，傳感器通常與受檢處在相同的電壓位置，再利用無(wú)線(xiàn)技術(shù)把采集到的信號進(jìn)行傳輸和顯示。為了確保溫度測量的安全性，對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，在工作設備的外部表面上設有多個(gè)信道，用于對多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)監控與數據處理，然后將接收機所接收的資料經(jīng)由串行或并行端口傳送至電腦，經(jīng)預先編制的程式加以分析及加工。 
圖 1 高壓電力設備無(wú)線(xiàn)測溫系統的結構示意圖 2.1 溫度傳感器 溫度傳感器的作用是把溫度信號轉換成電訊號，通常采用 Pt100 型溫差電偶計，其測量準確度可達 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，并利用特殊的負壓技術(shù)和保護手段，實(shí)現了對鐵芯的自動(dòng)補償，使得鐵芯處于零磁通的理想工作條件下。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)電通訊電路。為適應較高的工作條件，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(cháng)期使用。由于無(wú)線(xiàn)測溫設備通常工作區很小，所以在使用過(guò)程中要盡可能縮小其尺寸以滿(mǎn)足工作條件。當采用溫度傳感器時(shí)，可以采用耐熱的膠合線(xiàn)或膠合技術(shù)將熱敏元件與物件的外表相結合，但應注意保持接觸點(diǎn)的緊密，以降低測量的誤差。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器應該具有較寬的線(xiàn)性工作范圍，通常選用-55~130 攝氏度的感溫元件，并針對各種工況結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(wú)線(xiàn)溫度檢測器 無(wú)線(xiàn)溫度檢測器系統具有多個(gè)接收信道，能夠對多個(gè)不同的測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和顯示。在無(wú)線(xiàn)溫度檢測器中設有判斷和故障處置功能，由工作人員預先設定一個(gè)安全區，由無(wú)線(xiàn)溫度檢測器將采集到的信息與設定的閾值進(jìn)行比對，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)警報信號和聲音。無(wú)線(xiàn)溫度檢測器除了具備基本的檢測和警報的作用外，還具備了信息傳遞的能力，它可以通過(guò)一條數據線(xiàn)路或一條串/并端口通訊晶片與電腦相連，員工可以對多個(gè)開(kāi)關(guān)、接觸部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，并對其運行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而及時(shí)發(fā)現存在的安全問(wèn)題。 2.3 實(shí)時(shí)溫度監測系統 相較于上述的傳感器與檢測器此類(lèi)硬件設施，實(shí)時(shí)溫度監測系統更偏向于無(wú)線(xiàn)測溫系統中的軟件系統。實(shí)時(shí)溫度監測系統是整體無(wú)線(xiàn)測溫硬件運行、數據處理、信號收集等功能的統合，通過(guò)客戶(hù)端的界面與工作人員進(jìn)行聯(lián)系和指令的上傳下達。為了減少操作工人的勞動(dòng)強度，技術(shù)工作者研制出符合以上所描述的實(shí)時(shí)溫度監測系統，以便對硬件部分測溫結果進(jìn)行分析和處理。實(shí)時(shí)溫度監測系統具有溫度顯示、數據存儲、歷史數據分析對比、故障警示、故障分析、設備運行狀況分析等功能，可以對硬件部分的功能進(jìn)行整合與補全。在實(shí)時(shí)溫度監測系統的設計中，可以將冗雜的數據處理工作采用一些模塊化的設計方法，將各模塊單元按照功能進(jìn)行分解，分門(mén)別類(lèi)的儲存數據與處理數據，這種模塊化的設計方法可以讓實(shí)時(shí)溫度監測系統具有更高的適用性與安全性。實(shí)時(shí)溫度監測系統能夠協(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，并能根據不同設備的不同溫度，實(shí)時(shí)報告各種異常狀況，確保各項裝置的正常工作。同時(shí)，實(shí)時(shí)溫度監測系統還具備較好的數學(xué)運算及可視化性能，能夠將某一時(shí)期的資料顯示為圖表，并對其進(jìn)行數據標記，方便后期維護保養。 3、無(wú)線(xiàn)測溫系統在高壓電氣設備上的應用優(yōu)點(diǎn)與不足 3.1 無(wú)線(xiàn)測溫系統在電氣設備中應用的技術(shù)優(yōu)勢 隨著(zhù)科技的進(jìn)步，無(wú)線(xiàn)測溫系統經(jīng)過(guò)了無(wú)數次的升級與升級，其性能變得越來(lái)越強，對溫度的監測也越來(lái)越準確。當前的電力建設需要無(wú)線(xiàn)測溫系統越來(lái)越實(shí)時(shí)化、準確化，高壓電氣設備更是如此，無(wú)線(xiàn)測溫系統也隨著(zhù)高壓電氣設備的應用而不斷調整。在訊號接收方面，無(wú)線(xiàn)測溫系統依據高壓電氣設備的特點(diǎn)，延伸出較高的信號頻率，具有良好的穩定性，不易被外界因素干擾。在信號傳輸上，采用了無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，這種技術(shù)相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，能耗和成本比較低，而且可以根據接收的數據進(jìn)行分析和處理,實(shí)時(shí)監測到儀器的工作狀態(tài)，而不受天氣條件的限制�？梢詫x器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，避免漏檢。同時(shí)，還能按用戶(hù)的需求設定裝置的超溫報警器，并能通過(guò)聲音和信號向操作人員提示特定的設備位置。 3.2 無(wú)線(xiàn)測溫系統在電氣設備中應用的不足 采用了無(wú)線(xiàn)測溫系統的高壓電氣設備溫度測量，降低了變電站操作人員的巡視工作強度，也同時(shí)提高了設備的安全性能。但是，在實(shí)際使用中，無(wú)線(xiàn)測溫系統也存在著(zhù)一定的缺點(diǎn)。首先，無(wú)線(xiàn)測溫系統是一種主動(dòng)式的技術(shù)，它需要內置一個(gè)電池來(lái)供電，當電池耗盡時(shí)，無(wú)線(xiàn)測溫系統就會(huì )自動(dòng)關(guān)閉，工作人員無(wú)法看到設備溫度，只能通過(guò)斷開(kāi)線(xiàn)路來(lái)替換電池重新恢復連接，從而使變電所的開(kāi)關(guān)工作和意外斷電的數量大幅度提高。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)，將內置的電池換成被動(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)系統的可靠性得到了提升。其次，在實(shí)際應用中，電源裝置的一些溫控指標常常會(huì )出現故障，初步判斷為無(wú)線(xiàn)測溫傳感器電池電量不足所致，經(jīng)停電更換無(wú)線(xiàn)測溫傳感器后，此現象依然存在。這種情況需要對現場(chǎng)進(jìn)行檢測，對接收端的安裝進(jìn)行調試，縮短與溫度測量點(diǎn)與無(wú)線(xiàn)測溫系統之間的距離，避免了這種情況的出現。另外，使用自帶有源技術(shù)的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器不能更換電池，如果檢測到其電池的電量不夠，須對無(wú)線(xiàn)傳感器進(jìn)行替換，這不但會(huì )提高儀器的維修費用，還會(huì )造成設備的資源消耗。 4、無(wú)線(xiàn)測溫系統的應用實(shí)例 與國外的無(wú)線(xiàn)測溫系統技術(shù)比較，國內的溫度測量技術(shù)發(fā)展相對滯后，但由于近年來(lái)國內產(chǎn)業(yè)對此的持續關(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，有很多輔助設備裝置，尤其是對電力運行的監控設備。就是當線(xiàn)路運行到一定的負載或者是高溫的時(shí)候，這個(gè)裝置就會(huì )自動(dòng)的停止供電，避免出現意外。這些實(shí)用的新型產(chǎn)品多用于高壓電氣設備，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(cháng)期的工作，很容易造成故障，導致設備自身的電阻加大，在運行期間也會(huì )增加熱量。長(cháng)期如此，容易易造成安全事故，危及人民的人身、財產(chǎn)的健康。針對這種情況，國內部分公司紛紛將無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)應用于電力生產(chǎn)中。隨著(zhù)這項技術(shù)的普及，現在不僅是電力行業(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、應用場(chǎng)景
6、系統硬件配置 溫度在線(xiàn)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(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。
由于傳感器、無(wú)線(xiàn)數據通信、數據挖掘等技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓電氣的溫度實(shí)時(shí)監測系統將會(huì )變得更為科學(xué)。隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)測溫系統的應用和普及，我國的電力工業(yè)也更加穩定和安全，其技術(shù)的進(jìn)步為我國的發(fā)展作出了貢獻。 【參考文獻】 [1]周學(xué)華,秦金偉,李建華,無(wú)線(xiàn)測溫系統在高壓電氣設備上的應用。 [2]劉慧瑾,張大鵬,基于物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)測溫系統在電廠(chǎng)的應用和研究[J],上海節能,2022(5):590-595。 [3]李徽勝,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)線(xiàn)測溫系統設計[J],自動(dòng)化技術(shù)與應用,2022,41(5):103-106。 [4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版。 作者介紹： 唐曉娟，安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司。女，現任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測溫系統的研發(fā)與應用。手機：13774431042（微信同號）；QQ：2881495215；郵箱：2881495215@qq.com。 |
