摘要：基于感應取電和無線通信技術，結合隔離開關的結構、工作原理進行在線測溫相關技術的理論分析與驗證，解決在高電壓強電磁環(huán)境中在線測溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無線傳輸、傳感器工作能源供給、設備高可靠性等方面的難題，通過溫升試驗，分析隔離開關不同影響因素作用下的觸頭溫度分布，在試驗研究隔離開關不同觸頭材料和缺陷情況下的回路電阻，以及回路電阻與接觸溫度的對應關系的基礎上，研制出相應的在線測溫裝置，并在運行的戶外高壓隔離開關上進行應用。提出適用于隔離開關的低成本有效率的觸頭溫度實時監(jiān)測技術，對及時發(fā)現(xiàn)高壓隔離開關觸頭的異常發(fā)熱缺陷，對保證設備安全運行、提高供電可靠性具有重要意義。

    1.   高壓隔離開關是電力系統(tǒng)中裝用量大、應用廣泛的高壓開關設備，根據(jù)中國電力科學研究院有限公司統(tǒng)計的國家電網(wǎng)公司高壓開關設備裝用情況，72.5kV及以上電壓等級的高壓隔離開關裝用量是高壓斷路器裝用量的4倍左右，且價格相對較低，運行環(huán)境為高電壓、大電流、強電磁場，長期暴露于戶外面臨各種惡劣天氣，鑒于以上應用需求，本文研究了一種低成本、效率、抗干擾能力強、環(huán)境適應性能好的高壓隔離開關溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線測溫終端、數(shù)據(jù)集中處理器和后臺監(jiān)控中心3部分組成，如圖1所示。

圖1無源無線高壓隔離開關溫度監(jiān)測系統(tǒng)

       無線測溫裝置的研發(fā)涉及電流互感器(TA)取電裝置的設計、鉑(Pt)電阻溫度傳感器溫度信號監(jiān)測、模擬信號采集及數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)無線通信采集等各種技術。為了提高測溫系統(tǒng)的環(huán)境適應性和運行可靠性，項目設計時盡量采用集成芯片，減少分立元器件數(shù)量，對系統(tǒng)的每一部分都要周密考慮、精心設計，從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)始端到末端逐個環(huán)節(jié)進行問題分析，根據(jù)分析結果以及經(jīng)驗給出解決問題的實用技術。

   感應取電裝置的原理是利用電磁波進行能量無線傳遞，并通過控制和調(diào)理電路實現(xiàn)穩(wěn)定電壓輸出；無線發(fā)射電路將溫度數(shù)據(jù)通過433MHz無線方式傳送至數(shù)據(jù)集中處理器，無線通信距離達300m。系統(tǒng)總體方案設計框圖如圖3所示。

圖2無線無源測溫裝置外形

圖3系統(tǒng)總體方案設計框圖

 

       感應取電裝置可以根據(jù)高壓導體的電流大小和測溫傳感器所需的功率調(diào)節(jié)工作模式，3種工作模式主要有待機模式、間斷工作模式、正常工作模式。

       （1）當隔離開關高壓導體的電流非常小，不能提供模塊啟動所需消耗的電能時，取電裝置會處于待機狀態(tài)，此時輸出電壓為零，為待機模式，這種情況下隔離開關一般為停電狀態(tài)，不需要測溫。

       （2）當隔離開關高壓導體有一定的電流，可以支持模塊啟動，但不足以長期支持測溫傳感器正常工作時，取電裝置會處于間斷工作狀態(tài)，此時輸出電壓值為額定輸出電壓和OV跳躍變化的方波，為間斷工作模式，這種情況下隔離開關可能處于調(diào)試或者試驗狀態(tài)。

       （3）當隔離開關高壓導體的電流足夠大，可以支持測溫傳感器長期工作時，取電裝置正常輸出測溫傳感器所需的功率，輸出穩(wěn)定的電壓，為正常工作模式，這種情況下隔離開關處于正常運行狀態(tài)，需實時監(jiān)測溫度。

       文獻顯示，隔離開關導電回路發(fā)熱部位主要集中在觸頭接觸部位，導致發(fā)熱的原因主要有：（1）觸頭接觸面鍍層脫落，導體腐蝕或表面臟污引起的接觸不良；（2）觸頭材質(zhì)不良，接觸電阻變大，導致觸頭發(fā)熱；（3）合閘不到位，觸頭夾緊力不足，導致觸頭發(fā)熱。

       本文依托GW6-252型隔離開關（見圖6），根據(jù)隔離開關觸頭發(fā)熱原因，人為設置了3類缺陷，進行了不同觸頭材質(zhì)、不同表面臟污程度、不同夾緊力的溫升試驗，通過大量實際測試，驗證無源無線實時溫度監(jiān)測裝置的各項性能，并得出了不同缺陷情況下隔離開關溫度變化曲線，如圖7~9所示。

       由圖7可知：在夾緊力為400~600N時，接觸電阻變化不明顯，從25.8℃變化為26.3℃；夾緊力為200N附近時，溫升有了一定的提高。夾緊力會影響動靜觸頭接觸面積，而接觸面積變小，使接觸電阻變大，導致溫度微弱的提升。

圖6GW6B-252隔離開關試驗平臺

 

圖7不同夾緊力熱點溫升

圖8不同污穢、不同夾緊力熱點溫升

圖9不同蝕點程度熱點溫升

       從圖8可以明顯看出，相較于表面狀態(tài)正常情況下接觸壓力對溫升的影響，污穢缺陷對熱點溫升有顯著的影響。

        

 

 

4.4系統(tǒng)功能

收發(fā)器選型

測溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

 

      

 

       說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

安裝實例

就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

       說明：Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關就地顯示裝置實現(xiàn)集中顯示，同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機保護、電力儀表等電力監(jiān)控設備進行監(jiān)測。

低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫

a）配置方案

 

       通過將無線測溫終端與感應取電裝置安裝在高壓隔離開關上，由感應取電裝置通過電磁互感的方式從高壓隔離開關上獲取電能，并提供給無線測溫終端，對高壓導體電流變化適應能力強，實現(xiàn)無線測溫的無源化，提高了安全性。無線測溫終端內(nèi)的Pt電阻溫度傳感器與高壓隔離開關直接接觸，對于目前應用較多的非接觸、非實時監(jiān)測的紅外測溫方式來說，更加有效準確；相比光纖有線測溫方式，環(huán)境適應性更強。通過數(shù)據(jù)集中處理器擴大無線測溫終端與后臺監(jiān)控中心的通信范圍，可以容納多臺終端同時進行測溫，實時性高。本文的研究成果適用于變電站高壓隔離開關的實時溫度監(jiān)控，具有精度高、低成本、直觀可靠以及安裝方便等優(yōu)點。