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高低压开关柜无线实时测温系统的研究运用Research and Application of Wireless Real-time Temperature Measurement System for High and Low Voltage Switch Cabinet张达强（甘肃北方三泰化工有限公司，甘肃白银 730900）摘 要 为了保障化工企业安全平稳生产，高低压开关柜的运行状态监测十分关键。本文设计了一种高低压开关柜无线实时测温系统，在甘肃北方三泰化工有限公司301变电所35kV配电室、10kV配电室和低压配电室各触头处安装无线测温模块，通过无线通信传输至接触式无线测温主机，再传输至电气值班室无线温度监测上位机进行实时显示。该系统正常投用后，能够及时做出超温预警，具有安全性、准确性、易用性、低成本的优势，确保了高低压开关柜的稳定和安全运行。关键词 高低压开关柜；无线测温中图分类号 TP23 文献标识码 B高低压开关柜无线实时测温系统的研究运用张达强0 引言高低压开关柜作为供电系统的重要设备，对于企业正常供电起着至关重要的作用1,2，其内部结构主要由 6 组动静触头和多组母排接头组成。由于动静触头和母排接头长期工作在高电压、大反向传递至加法块的出口。试验过程获得了平衡回路中 SUM 算法块 Tout引脚输出值的生成及变化规律：即引风机 A处于自动状态，引风机 B手动调节且手操器处于闭锁状态下，引风机 B跳闸后，平衡回路正常发挥作用，引风机B侧的SUM算法块Tout引脚输出值发生变化，且变化的增量与偏置 Bias的增量相同。同时引风机 A 后续自动运行期间，引风机 B 的 SUM算法块Tout引脚输出值随着引风机A自动调节输出而变化。在得到 SUM 算法块引脚 Tout的变化规律后即可获得 BALANCE 算法块的引脚 Trk02在炉膛负压调节回路切换至手动时刻的终值，成功得到了在风机全部手动状态时的负压调节控制器输出值PIDout的反跟踪值。最后给出了两种防止发生液压控制油泄漏导致动叶闭锁的优化方法。参考文献：1余小敏，祝广场，张锷.火力发电厂控制系统平衡回路逻辑思路与设计J.发电与空调，2017，38（02）:27-33.2杨玲，王海涛，洪军.风机自平衡回路在RB过程中出现的问题分析J.仪器仪表用户，2022，12（29）:61-65.3张栾英，孙万云.火电厂过程控制M.北京：中国电力出版社，2000：77-82.-33仪器仪表与分析监测 2024年第2期电流和满负荷运行的状态下，接触电阻发生微小的改变就会导致动静触头或者接头处温度升高3，如果没有进行及时处理，将会产生严重后果，甚至引发起火爆炸，导致高低压开关柜损毁，发生电气事故，造成大面积停电和人身事故伤亡4,5。因此，在化工企业，对高低压设备的温度进行实时监测，及时发现超温报警的故障部位，并采取安全降温措施，使开关柜始终在安全状态下平稳运行，具有至关重要的作用。目前，高低压触头温度监测的主要方法有三种，包括涂层变色测量温度法、红外测量温度法和光纤测量温度法6。1）涂层变色测量温度法是指在高低压开关柜母排接头盒的开关触点表面涂抹一层材料，此材料能够随着温度的变化而发生颜色的改变，电气设备工作人员可通过观察材料颜色确认此刻高低压开关柜的触头温度。但是涂层变色测量温度法具有测量实时性差、测量准确度低的缺点。2）红外测量温度法是指电气设备工作人员在定时巡检过程中，通过手持红外测量仪对高低压开关柜母排接头和各个开关触点进行温度测量。此种方法增加了电气值班人员的巡检时间，具有人工成本大的缺点。3）光纤测量温度法是利用光纤本身具有耐高温、耐腐蚀和抗电磁干扰的优点，通过光纤的光栅温度传感器采集高低压开关柜触头的实时温度数据，并进行传输显示，但是被测带电体要与测量设备通过光纤连接，安装难度较大6,7。因此，甘肃北方三泰化工有限公司在 301 变电所设计安装了一种高低压开关柜无线实时测温系统，克服了以上三种传统测温方法的缺点。该系统采用无线通信功能，在高低压配电柜动静触头和母排处安装无线测温模块，在35 kV配电室、10 kV 配电室和低压配电室安装现场监控主机，并在电气值班室安装无线温度监测上位机软件，实现对高低压配电柜触头和母排处的实时温度监测，时刻关注温度升高的触头运行状态，以便及时采取一定的降温措施，从根源上预防和杜绝电气安全隐患，减少电气事故的发生，为高低压系统的安全平稳运行提供重要的决策依据。1 无线测温系统的设计原理1.1 系统构成该无线实时测温系统由无线温度传感器、接触式无线测温主机及无线温度监测上位机软件三部分组成。无线温度传感器安装至35 kV配电室、10 kV 配电室和低压配电室各个电气接点处，对触头或母排温度进行测量，并通过无线网络传输方式将温度数据传输至接触式无线测温主机；3台接触式无线测温主机分别安装于 35kV 配电室、10 kV配电室和低压配电室，收集、处理、存储、显示被测温度数据；接触式无线测温主机通过无线传输方式与电气值班室无线温度监测上位机软件通信，显示实时运行的温度数据，方便电气设备工作人员查看和维护。其系统构成如图1所示。1.2 无线温度传感器无线温度传感器的主要作用是测量高低压开关柜触头、母线连接处的温度。其内部电路如图 2所示，由温度传感器、采样滤波电路、信号调制放大电路和无线发射电路组成，可将采集到图1 无线实时测温系统结构图-34的温度数据传输至接触式无线测温主机。35 kV、10 kV配电室和低压配电室累计安装573只无线温度传感器；其中，35 kV、10 kV开关柜的无线温度传感器主要安装在上触头 A 相、B 相、C 相，下触头A相、B相、C相，出线电缆接头A相、B相、C相共九个位置；低压开关柜的温度传感器安装在其出线电缆接头A相、B相、C相三个位置。无线温度传感器具有温度检测、供电电压自检和感应电流取电三项功能。温度检测功能可以实时检测被测部位的当前温度；供电电压自检功能时刻检测温度传感器的供电电压数值，避免供电不足导致温度传感器工作异常；感应电流取电功能可通过电磁感应一次侧电流为传感器供电。其主要技术参数如表1所示。1.3 接触式无线测温主机三台接触式无线温度监测主机实现对 35 kV配电室、10 kV 配电室和低压配电室各个温度传感器的工作状态监测、实时温度数据显示、超温报警和温度数据记录导出功能。通过输入系统密码，能够修改各个测温节点的 IP 地址等参数信息，增加和删除温度节点，其主要功能如表2所示。表1 无线温度传感器主要技术参数指标温度测量范围测量精度温度探头温度采样频率发送频率通讯方式无线频率无线传输距离工作电源安装方式主体尺寸数值-251250.5TI数字温度传感器默认10 s1015 s 内发送一次数据，温度变化2以上实时发送数据无线传输433 MHz/470 MHz300 m(空旷距离）感应取电5 A启动工作捆绑式小于24.5 mm22.5 mm9.8 mm表2 接触式无线测温主机主要功能介绍序号123456主要功能接收和显示温度数据时钟显示参数设置报警输出温度报警记录密码管理介绍接收和显示来自无线温度传感器采集的温度数据和工作电压数据记录时间，作为温度采集事件记录的时间基准主机各项参数数据可根据变电所需求进行设定，满足测温要求当有温度节点发生超温时，主机发出蜂鸣报警声音提示，以便于电气设备工作人员及时采取降温处理措施对于发生的超温报警信息进行详细记录，方便定期导出数据进行核查共分为两种密码模式：用户密码模式和系统密码模式。系统密码模式具有修改 IP 地址等高级设置功能主机操作界面直观简单，易于操作，其主显示界面如图 3所示，主要显示各个测温点的部位名称和温度数据。每个部位分A、B、C三相，分别用黄、绿、红显示，当某个测温点离线时显示为“-”。左下方信息栏分别显示系统配置的温控点数量、当前预警信息数量、当前报警信息数量，当发生了预警和报警时信息栏会显示当前预警和报警的数量，点击即可查看。1.4 无线温度监测上位机软件无线温度监测上位机软件直观显示了各温度节点信息，具有历史温度信息记录、运行曲线和超温报警记录等功能，包括监控中心、总体监测、运行状态、一次接线图、告警事件及设备管理六大模块。监控中心主界面可以直接进入系统内部，显示监测设备在线运行情况、设备运行状态、运行高温数据、告警和运行记录的数据。总图2 无线温度传感器内部电路图高低压开关柜无线实时测温系统的研究运用张达强-35仪器仪表与分析监测 2024年第2期体监测可以查看每面开关柜每一相的具体温度，并通过三相对比判断温度是否异常，进而确定运行状态是否异常。运行状态包含了每面开关柜的温度、运行曲线以及温差告警事件，支持导出数据记录。一次接线图以35 kV配电室、10 kV配电室和低压配电室为单位，将开关柜以图纸形式呈现出来，方便查看整体配电室运行温度监测数据。告警事件记录了设备告警信息，包括具体的告警时间以及告警次数。设备管理是以配电室为单位，展示配电室监测开关柜的详细情况。该上位机软件能够提高工作实效，帮助电气值班人员实时监测和分析高低压开关柜触点的发热情况，及时发现超温报警的故障部位，以便及时做出应急处置措施。2 无线实时测温系统的技术特点2.1 安全性该无线实时测温系统的测温模块安装在开关柜电气设备上，温度数据通过无线方式发送，可实现对高电压的彻底隔离，保证了使用安全；同时杜绝了高低压开关柜因触头发热而引发全线停车和电气火灾事故的风险，提升本质化安全，间接提高了企业的经济效益。2.2 准确性该无线实时测温系统解决了传统测温方式测温不准，易受人为、环境等因素干扰的问题。2.3 易用性该无线实时测温系统采用模块化设计，具有良好的人机交互界面，操作简单，能够方便电气值班人员预判超温报警故障，便于提前消除设备故障，降低设备损坏率。2.4 低成本以往，甘肃北方三泰化工有限公司电气设备巡检测温采用人工手持红外测温仪巡检的方式，但由于高低压设备内部结构比较复杂且具有裸露高压部分，电气设备工作人员需要站在安全距离外进行测量，因此难以精准地测量出高低压开关柜触头的实时运行温度8。此外，人工测温巡检方式的间隔周期较长，难以及时发现过热问题，不能第一时间发现故障隐患9。引入无线实时测温系统后，在电气监控室既可以通过无线温度监测上位机软件实时查看趋势曲线，也可以通过接触式无线测温主机查看详细信息，提高了电气巡检的速度和效率，从而有效降低了劳动强度，节约了人力资源。3 无线实时测温系统的应用效果3.1 实际效果无线实时测温系统实现了 301 变电站高低压设备温度的实时监测、超温报警、事件和数据记图3 接触式无线测温主机主界面-36录等功能，可及时发现设备的发热故障，及时预警，并通过对历史数据的统计和分析，做出预测，保证设备的可靠运行和生产线的安全生产。引入此系统后，工作人员及时发现了应急电源2#进线柜触头三相高温报警。经检查分析，是因近两年应急段配电柜逐步增加用电负荷，但进线电缆未及时增大型号所致，针对此问题及时做出了相应的处理措施，有效杜绝了电气事故的发生。3.2 自动化、智能化本系统包括无线温度传感器、接触式无线测温主机以及无线温度监测上位机软件三部分，各个部分设计简单明确，可做到：1）及时准确地提供电气设备接点温度情况；2）及时发布温度数据，刷新速度快、查询方便；3）具有丰富的数据显示形式，可进行运行数据及各项历史记录的查看。本系统实现了高度的自动化与智能化，减少了人力物力成本，加强落实了中国兵器集团甘肃银光化学工业集团有限公司推广的“人机隔离、机器换人、黑灯工厂”专项任务，为今后打造无人值守变电所打好了基础，达到了“减人、提效、增安”的智能化水平。4 结束语本系统结合甘肃北方三泰化工有限公司的高低压开关柜实际运行情况，设计安装一种高低压开关柜无线实时测温系统，有效实现对 301变电所高低压开关柜各个触头温度信息的动态追踪监测。在发现电气接点温度过高后，可及时采取相应整修措施，减少电气安全隐患，全方位保障301 变电所智能运行的安全可靠，从根源上减少了电气事故的发生，为设备运行提供了重要的决策依据。同时，此系统的成功推行，也促进了高低压开关柜无线测温系统的运用与发展。参考文献：1崔金奇.10 kV高压开关柜无线测温技术分析J.通信电源技术，2020，37(05):45-46.2郭源.电力高压开关柜无源无线测温关键技术研究D.山东:山东大学，2018.3谢明杨.无线测温系统在高压电气设备上的应用J.中国设备工程，2022(19):110-112.4吴晨静.高压开关柜无线实时测温系统的研究及应用D.广州:华南理工大学，2018.5陈黎斌.无线测温技术在高压开关柜中的应用J.中国新技术新产品，2020(24):17-19.6刘朝霞.高压开关柜无线测温系统设计J.电力安全技术，2015，17(07):40-42.7郭东.无线测温系统在高压电气设备上的应用J.机电信息，2020(02):50-51.8周文文，聂一雄，徐卫东，等.10 kV智能化高压开关柜测温系统设计J.广东电力，2017（12）：130-135.9龚超.基于 LoRa 的电力电缆无线测温系统设计D.杭州:杭州电子科技大学，2021.高低压开关柜无线实时测温系统的研究运用张达强-37