淺談無線測溫係統在煤礦高壓電氣設備上的應用

hth下载地址 陳聰

摘要：隨著社會(hui) 經濟的不斷發展，電力係統向著高電壓、高容量的方向前進著，電力係統全新的技術與(yu) 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題成為(wei) 了威脅電網穩定的元凶，設備溫度已經成為(wei) 了當下電網輸電設備穩定運行的重要參數。本文基於(yu) 高壓電氣設備溫升問題的原因，對無線測溫係統的結構與(yu) 應用進行分析，剖析其應用的優(you) 缺點並提供應用實例，為(wei) 我國電力係統的穩定運行與(yu) 發展提供參考。

   關(guan) 鍵詞：無線測溫係統；高壓電氣設備；優(you) 缺點

   我國電力係統中的高壓電氣設備有著多種多樣的連接點，比如隔離的開關(guan) 接頭、母線節點等。很多的設備由於(yu) 製造或者安全過程中的質量問題會(hui) 出現接觸不良的問題，在使用過程中產(chan) 生較大的電阻，從(cong) 而出現溫升問題。

1、高壓電氣設備溫升問題的原因

   測溫係統的應用離不開對溫升問題產(chan) 生原因的剖析。一，高壓電氣設備自身的質量問題和安裝問題，特別是在設備螺栓的連接處，連接點是否符合標準，其緊固度是否達標都影響著電阻的強弱。很多設備連接處在安裝時都會(hui) 出現不平整和粗糙的問題，打磨上的不到位也會(hui) 導致電阻的加大，接觸不良，進而影響設備的使用使得溫升問題明顯。二，高壓電氣設備運輸的過程中不注意保護，造成磕碰，導致連接點或者關(guan) 鍵部位變形，進而造成接觸不良。三，高壓電氣設備自身的金屬表麵易發生鏽蝕或者氧化反應，設備表麵的問題也會(hui) 影響設備的接觸，部分電氣設備的工作環境不佳，高溫、雨雪、大風的環境因素更會(hui) 加速設備自身的老化，造成溫升問題嚴(yan) 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情況比較複雜，設備安裝、使用、維護等各個(ge) 環節也容易出現紕漏，導致很多電纜接頭、隔離開關(guan) 部位接觸不良，溫升問題嚴(yan) 重。五，設備長期處於(yu) 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，一旦電流過大超過設備的承載能力，加之電流自身的熱效應作用，會(hui) 讓設備溫度急速上升。

   在實際設備運行中，斷路器、隔離開關(guan) 、電纜接頭、套管和母線等裝置的接頭處，都會(hui) 出現上述五個(ge) 問題。這些區域的故障問題較多且是溫升問題的易發區域，在日常的巡檢和維護中，工作人員應著重對其進行檢查和維護。在進行設備巡視時，對裝置進行溫度測量，既能掌握裝置在使用過程中的狀況，又能及時地檢測出因接觸不良或負載過大而產(chan) 生的熱量過高。在帶電狀態下，因電流和熱量的影響，其內(nei) 部的溫度高於(yu) 外界屬於(yu) 正常的情況，但因設備本身的故障或者過大的負載而產(chan) 生的熱量變化需要進行密切的監測，這種溫升問題會(hui) 加劇設備的老化，從(cong) 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係統很需要。

   在國內(nei) ，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、光纖測溫法和無線測溫係統。采用示溫法和紅外測溫器都是手工操作，不能實時采集到的數據，而通過光纖測量，可以獲得實時的測量結果，但是在高、低電壓的情況下，不能隔絕環境因素，不能滿足高壓儀(yi) 器的電氣儀(yi) 表規範要求，而且在櫃內(nei) 安裝時，由於(yu) 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，主要是依靠當下無線傳(chuan) 輸模式，克服一次、二次環路的連接與(yu) 附著問題，從(cong) 而提升了高壓電力使用的安全性。

2、無線測溫係統結構與(yu) 設備應用分析

   無線測溫係統的組成可以分為(wei) 溫度傳(chuan) 感器部分以及溫度監測結果顯示與(yu) 分析部分，也可以分為(wei) 係統的硬件與(yu) 軟件。如圖1所示的高壓電力設備無線測溫係統的結構，通常情況下，在開關(guan) 櫃、電纜接頭、保險絲(si) 等的交界處安裝有溫度傳(chuan) 感器，為(wei) 了確保測量的準確性，傳(chuan) 感器通常與(yu) 受檢處在相同的電壓位置，再利用無線技術把采集到的信號進行傳(chuan) 輸和顯示。為(wei) 了確保溫度測量的安全性，對高電壓和低電壓工作部件進行絕緣，防止泄漏和其他事故。通常，在工作設備的外部表麵上設有多個(ge) 信道，用於(yu) 對多個(ge) 地點進行即時監控與(yu) 數據處理，然後將接收機所接收的資料經由串行或並行端口傳(chuan) 送至電腦，經預先編製的程式加以分析及加工。

圖 1 高壓電力設備無線測溫係統的結構示意圖

2.1 溫度傳(chuan) 感器

   溫度傳(chuan) 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(chuan) 感器，同樣具有較高的應用價(jia) 值。從(cong) 技術上來說，磁力傳(chuan) 感器選擇了低損耗的坡莫合金作為(wei) 鐵芯，並利用特殊的負壓技術和保護手段，實現了對鐵芯的自動補償(chang) ，使得鐵芯處於(yu) 零磁通的理想工作條件下。無線溫度傳(chuan) 感器除了測溫器件之外，還包括供電電源、測量電路、邏輯控製電路和特定的頻率下的無線電通訊電路。為(wei) 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，並具有一定的防水、防塵性能，以保證長期使用。由於(yu) 無線測溫設備通常工作區很小，所以在使用過程中要盡可能縮小其尺寸以滿足工作條件。當采用溫度傳(chuan) 感器時，可以采用耐熱的膠合線或膠合技術將熱敏元件與(yu) 物件的外表相結合，但應注意保持接觸點的緊密，以降低測量的誤差。無線溫度傳(chuan) 感器應該具有較寬的線性工作範圍，通常選用-55~130 攝氏度的感溫元件，並針對各種工況結合測量精度和測量誤差的要求進行溫度傳(chuan) 感器的選擇。

2.2 無線溫度檢測器

   無線溫度檢測器係統具有多個(ge) 接收信道，能夠對多個(ge) 不同的測點進行實時的處理和顯示。在無線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(ge) 安全區，由無線溫度檢測器將采集到的信息與(yu) 設定的閾值進行比對，如果溫度超過該閾值，則進入故障處理模組，並將警示文字輸出，並輸出一組高、低的電平來啟動警報信號和聲音。無線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(chuan) 遞的能力，它可以通過一條數據線路或一條串/並端口通訊晶片與(yu) 電腦相連，員工可以對多個(ge) 開關(guan) 、接觸部位進行實時監測，並對其運行狀態進行控製，從(cong) 而及時發現存在的安全問題。

2.3 實時溫度監測係統

   相較於(yu) 上述的傳(chuan) 感器與(yu) 檢測器此類硬件設施，實時溫度監測係統更偏向於(yu) 無線測溫係統中的軟件係統。實時溫度監測係統是整體(ti) 無線測溫硬件運行、數據處理、信號收集等功能的統合，通過客戶端的界麵與(yu) 工作人員進行聯係和指令的上傳(chuan) 下達。為(wei) 了減少操作工人的勞動強度，技術工作者研製出符合以上所描述的實時溫度監測係統，以便對硬件部分測溫結果進行分析和處理。實時溫度監測係統具有溫度顯示、數據存儲(chu) 、曆史數據分析對比、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行整合與(yu) 補全。在實時溫度監測係統的設計中，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行分解，分門別類的儲(chu) 存數據與(yu) 處理數據，這種模塊化的設計方法可以讓實時溫度監測係統具有更高的適用性與(yu) 安全性。實時溫度監測係統能夠協助技術工作者進行大量的資料收集、提取、比較、分析工作，並能根據不同設備的不同溫度，實時報告各種異常狀況，確保各項裝置的正常工作。同時，實時溫度監測係統還具備較好的數學運算及可視化性能，能夠將某一時期的資料顯示為(wei) 圖表，並對其進行數據標記，方便後期維護保養(yang) 。

3、無線測溫係統在高壓電氣設備上的應用優(you) 點與(yu) 不足

3.1 無線測溫係統在電氣設備中應用的技術優(you) 勢

   隨著科技的進步，無線測溫係統經過了無數次的升級與(yu) 升級，其性能變得越來越強，對溫度的監測也越來越準確。當前的電力建設需要無線測溫係統越來越實時化、準確化，高壓電氣設備更是如此，無線測溫係統也隨著高壓電氣設備的應用而不斷調整。在訊號接收方麵，無線測溫係統依據高壓電氣設備的特點，延伸出較高的信號頻率，具有良好的穩定性，不易被外界因素幹擾。在信號傳(chuan) 輸上，采用了無線通訊技術，這種技術相對來說比較簡單，能耗和成本比較低，而且可以根據接收的數據進行分析和處理,實時監測到儀(yi) 器的工作狀態，而不受天氣條件的限製。可以對儀(yi) 器的溫度進行實時監測，避免漏檢。同時，還能按用戶的需求設定裝置的超溫報警器，並能通過聲音和信號向操作人員提示特定的設備位置。

3.2 無線測溫係統在電氣設備中應用的不足

   采用了無線測溫係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，也同時提高了設備的安全性能。但是，在實際使用中，無線測溫係統也存在著一定的缺點。首先，無線測溫係統是一種主動式的技術，它需要內(nei) 置一個(ge) 電池來供電，當電池耗盡時，無線測溫係統就會(hui) 自動關(guan) 閉，工作人員無法看到設備溫度，隻能通過斷開線路來替換電池重新恢複連接，從(cong) 而使變電所的開關(guan) 工作和意外斷電的數量大幅度提高。為(wei) 了解決(jue) 這個(ge) 問題，我們(men) 可以在技術上進行改進，將內(nei) 置的電池換成被動式電源，利用固定點的電流產(chan) 生的電磁波作為(wei) 動力，使整個(ge) 係統的可靠性得到了提升。其次，在實際應用中，電源裝置的一些溫控指標常常會(hui) 出現故障，初步判斷為(wei) 無線測溫傳(chuan) 感器電池電量不足所致，經停電更換無線測溫傳(chuan) 感器後，此現象依然存在。這種情況需要對現場進行檢測，對接收端的安裝進行調試，縮短與(yu) 溫度測量點與(yu) 無線測溫係統之間的距離，避免了這種情況的出現。另外，使用自帶有源技術的無線測溫傳(chuan) 感器不能更換電池，如果檢測到其電池的電量不夠，須對無線傳(chuan) 感器進行替換，這不但會(hui) 提高儀(yi) 器的維修費用，還會(hui) 造成設備的資源消耗。

4、無線測溫係統的應用實例

   與(yu) 國外的無線測溫係統技術比較，國內(nei) 的溫度測量技術發展相對滯後，但由於(yu) 近年來國內(nei) 產(chan) 業(ye) 對此的持續關(guan) 注，在這一領域的投資、人力、物力都得到了提高。在電力產(chan) 業(ye) 中，有很多輔助設備裝置，尤其是對電力運行的監控設備。就是當線路運行到一定的負載或者是高溫的時候，這個(ge) 裝置就會(hui) 自動的停止供電，避免出現意外。這些實用的新型產(chan) 品多用於(yu) 高壓電氣設備，其各個(ge) 接口都是事先安裝好的，無法替換。雖然一定程度上會(hui) 減少電阻的產(chan) 生，但是由於(yu) 長期的工作，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(hui) 增加熱量。長期如此，容易易造成安全事故，危及人民的人身、財產(chan) 的健康。針對這種情況，國內(nei) 部分公司紛紛將無線測溫技術應用於(yu) 電力生產(chan) 中。隨著這項技術的普及，現在不僅(jin) 是電力行業(ye) ，而且還在具有溫升問題的其他行業(ye) 中得到了廣泛的使用。

5、應用場景

   電氣接點在線測溫裝置適用於(yu) 高低壓開關(guan) 櫃內(nei) 電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guan) 、高壓電纜中間頭、幹式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、鬆動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為(wei) 安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

6、係統硬件配置

   溫度在線監測係統主要由設備層的溫度傳(chuan) 感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關(guan) 以及站控層的測溫係統主機組成，實現變配電係統關(guan) 鍵電氣部位的溫度在線監測。

7、結語

   由於(yu) 傳(chuan) 感器、無線數據通信、數據挖掘等技術的不斷發展，高壓電氣的溫度實時監測係統將會(hui) 變得更為(wei) 科學。隨著無線測溫係統的應用和普及，我國的電力工業(ye) 也更加穩定和安全，其技術的進步為(wei) 我國的發展作出了貢獻。

【參考文獻】

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[4]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05版。