電氣過(guò)熱產(chǎn)生的主要原因
在用電緊張、負(fù)荷增長(zhǎng)迅速的情況下，10kV～35kV開(kāi)關(guān)柜往往由于制造或使用上的原因，造成觸頭的溫度異常上升。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不及時(shí)維護(hù)，有時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。由這種原因造成的惡性事故在國(guó)內(nèi)時(shí)有發(fā)生（見(jiàn)圖1）。為了防止觸頭溫升異常造成的開(kāi)關(guān)爆炸等惡性事故，國(guó)內(nèi)一些廠家和運(yùn)行單位經(jīng)常會(huì)采用一些如變色片、紅外熱成像診斷來(lái)監(jiān)測(cè)觸頭、母線等其它部位的溫升。但是，這些方法由于存在偏差大、不可遠(yuǎn)傳或無(wú)法直接觀測(cè)發(fā)熱點(diǎn)等缺陷，不能有效地作為一種預(yù)防措施來(lái)推廣。
根據(jù)電力工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的要求，開(kāi)關(guān)柜正在向智能化、免維護(hù)、具備自診斷功能的方向發(fā)展，由原來(lái)的定期檢修向狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展。本項(xiàng)目研究的目的是研制一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的觸頭溫升在線監(jiān)測(cè)裝置，在不降低原有設(shè)備絕緣性能的前提下，解決觸頭異常溫升的監(jiān)測(cè)報(bào)警問(wèn)題。這種裝置既要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，不能大幅度提高開(kāi)關(guān)柜的成本，又要便于新設(shè)備的安裝和老設(shè)備的改造，提高開(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性，減少惡性事故發(fā)生。
圖1 斷路器觸頭嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)場(chǎng)圖
電氣過(guò)熱產(chǎn)生的主要危害
▲ 由于彈性變差，接觸電阻增大所引起的電氣發(fā)熱，如高壓開(kāi)關(guān)柜動(dòng)靜觸頭接觸處；
▲ 引流線連接處氧化或松動(dòng)引起的電氣發(fā)熱；
▲電弧性接地短路；
▲ 電力電纜絕緣老化、損傷、電纜頭發(fā)熱；
▲ 用電負(fù)荷增大致使線路過(guò)載；
▲ 線路諧波電流增加引起中線過(guò)載；
▲ 施工質(zhì)量潛伏下來(lái)的隱患，造成接觸不良、絕緣破損；
▲ 電網(wǎng)暫態(tài)過(guò)電壓沿PE線的傳導(dǎo)導(dǎo)致絕緣擊穿；
▲ 過(guò)熱的惡性循環(huán)過(guò)程，使絕緣加速老化；
▲ 過(guò)熱的惡性循環(huán)過(guò)程，使得接觸電阻進(jìn)一步增大，過(guò)熱加?。?
▲ 火災(zāi)之源；
▲ 爆炸之源；
▲ 電力事故之源。
三、無(wú)線測(cè)溫原理與系統(tǒng)組成
3.1.1測(cè)溫傳感器
CGS-3000開(kāi)關(guān)柜在線測(cè)溫系統(tǒng)主要由六個(gè)整體式測(cè)溫傳感器和1個(gè)數(shù)據(jù)接收器組成，六個(gè)整體式測(cè)溫傳感器將測(cè)得的溫度信號(hào)無(wú)線發(fā)送給數(shù)據(jù)接收器，每個(gè)整體式測(cè)溫傳感器均采用CT線圈取電，且每個(gè)整體式測(cè)溫傳感器均帶有地址，防止串碼，溫度傳感器緊貼在觸頭上，保證溫度傳感器與觸臂可靠接觸，CT線圈澆注在測(cè)溫傳感器殼體內(nèi)，這樣給使用者帶來(lái)極大的方便，整體式測(cè)溫傳感器如圖2所示，使用時(shí)將整體式測(cè)溫傳感器套在觸臂上，如圖3所示，數(shù)據(jù)接收器如圖4所示。當(dāng)斷路器合閘投運(yùn)后，觸臂中通過(guò)＞30A電流時(shí)，CT輸出就能給傳感器信號(hào)處理模塊提供工作電源。埋設(shè)在彈簧觸頭附近的熱敏電阻將溫度信號(hào)傳送給信號(hào)處理模塊，模塊中的CPU將隨熱量變化的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)字信號(hào)，連同本傳感頭的編號(hào)一起通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送出去。裝在開(kāi)關(guān)柜上部?jī)x表室的CGS-3000BS變送儀表，接收并解調(diào)這個(gè)溫度信號(hào)，直接在集中顯示器顯示出來(lái)。同時(shí)判別是否超出事先設(shè)定的溫度門限，如溫升超限，即發(fā)出報(bào)警觸點(diǎn)信號(hào)。
圖2 整體式測(cè)溫傳感器
圖4 電纜頭測(cè)溫傳感器安裝圖
3.1.2接收中轉(zhuǎn)裝置
裝置如圖5所示，接收溫度信息，調(diào)制后用無(wú)線的形式進(jìn)行傳輸。
圖5 接收中轉(zhuǎn)裝置
裝置同觸頭測(cè)溫裝置頻段配對(duì)后，通過(guò)數(shù)字解調(diào)將溫度信號(hào)讀取。然后通過(guò)增大發(fā)射功率將溫度信號(hào)調(diào)制到無(wú)線載波上傳輸?shù)礁h(yuǎn)的集中接收裝置，該裝置有兩級(jí)溫度超溫報(bào)警輸出。
3.1.3 集中顯示裝置
裝置包含完美人機(jī)界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)等功能，如圖5所示。室內(nèi)開(kāi)關(guān)柜共用一臺(tái)集中接收裝置和集中顯示裝置，該裝置安裝在開(kāi)關(guān)室內(nèi)的墻壁上。
圖5 集中顯示裝置
裝置采用5.7英寸TFT液晶顯示，美觀大方；
裝置可安裝在開(kāi)關(guān)室的墻上，無(wú)需在開(kāi)關(guān)柜面板上開(kāi)孔安裝，非常適用于配電柜的改造；
系統(tǒng)通信接口為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊或者RS485總線通訊；
在集中顯示裝置中設(shè)有海量存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)每一面開(kāi)關(guān)柜內(nèi)所有測(cè)溫點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)并可隨時(shí)調(diào)閱；
可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)查詢和報(bào)警查詢對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)和報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；集中顯示裝置安裝在開(kāi)關(guān)室的墻上，只需用通過(guò)RS485和上位機(jī)連接即可。
3.1.4 上位機(jī)顯示
裝置和就地上位機(jī)之間采用RS485通訊方式，且遵循MODBUS通訊協(xié)議；
通過(guò)上位機(jī)即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觸頭溫度的變化；
功能包括：實(shí)時(shí)溫度顯示、歷史溫度查詢、報(bào)警溫度查詢、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、歷史曲線繪制、報(bào)警溫度曲線繪制等功能。
圖6是歷史溫度查詢界面，此界面分為歷史溫度顯示區(qū)和查詢?cè)O(shè)置區(qū)。查詢?cè)O(shè)置區(qū)即輸入設(shè)置需要查詢的日期、時(shí)間。歷史溫度顯示區(qū)即顯示需要查詢的數(shù)據(jù)。
四、組網(wǎng)方式
五、項(xiàng)目?jī)?nèi)容
110kV變電站開(kāi)關(guān)柜
110kV變電站10KV開(kāi)關(guān)柜共有13面開(kāi)關(guān)柜需要加裝無(wú)線測(cè)溫裝置，集中顯示裝置安裝在開(kāi)關(guān)室中間，在每個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)有9~12個(gè)測(cè)溫傳感器和1個(gè)溫度接收變送器，測(cè)溫傳感器安裝在斷路器上下觸臂上與母排搭接點(diǎn)上，測(cè)溫傳感器分別將測(cè)得的溫度信息無(wú)線發(fā)送給本柜溫度接收變送器，這樣13個(gè)溫度接收變送器分別與集中顯示器采用無(wú)線連接，集中采集器對(duì)所有13臺(tái)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度信號(hào)進(jìn)行集中接收，集中顯示器再將收到的溫度信息通過(guò)有線（RS485）傳到測(cè)溫控制上位機(jī)上，實(shí)現(xiàn)信息共享。
注：如數(shù)量不對(duì)請(qǐng)更正
5.3系統(tǒng)圖
測(cè)溫點(diǎn)---（無(wú)線）----采集器----（485線）--數(shù)據(jù)處理主機(jī)
5.4 現(xiàn)場(chǎng)施工
安裝時(shí)甲方需要提供停電計(jì)劃，一次性停電、或者是倒負(fù)荷停電。停電前一天施工人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。對(duì)于個(gè)別的開(kāi)關(guān)柜或者是室外的線路不能停電的由甲方技術(shù)人員自行安裝。
戶外測(cè)溫裝置采用的安裝方式為螺絲固定或不銹鋼卡子固定（看情況確定）。
戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜的測(cè)溫裝置（母排）螺絲固定，（斷路器）靜觸頭上安裝。
采用專配的不銹鋼卡子將測(cè)溫裝置固定在電氣設(shè)備易發(fā)熱的點(diǎn)（開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭、母線聯(lián)結(jié)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)和變壓器引接線接頭、電動(dòng)機(jī)接線盒接頭等）具體方法如：將測(cè)溫裝置底面和母排完全接觸，然后用不銹鋼卡子將傳感器緊固在母排上。
5.4.2 安裝照片
? 靜觸頭測(cè)溫環(huán)方式測(cè)溫
圖10 靜觸頭測(cè)溫環(huán)方式
圖15 接收中轉(zhuǎn)裝置安裝方式
五、售后服務(wù)
我方全天24時(shí)接受用戶投訴，及時(shí)處理您的建議、意見(jiàn)和反饋；
提供的設(shè)備保證期為最終驗(yàn)收合格之日起12個(gè)月；
在質(zhì)量保證期內(nèi)由于設(shè)備本身質(zhì)量原因造成的任何損傷或損壞，負(fù)責(zé)免費(fèi)修理或更換；
5.1 資料歸檔
技術(shù)資料是無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)能使技術(shù)人員在無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的使用中，方便地對(duì)其進(jìn)行安裝、運(yùn)行、維護(hù)、完善和開(kāi)發(fā)。
我司將提供以下相關(guān)資料：
? 全套計(jì)算機(jī)硬件、操作系統(tǒng)、軟件資料；
? 測(cè)溫模塊及采集器的技術(shù)說(shuō)明書；
? 無(wú)線測(cè)溫后臺(tái)的使用手冊(cè)和維護(hù)手冊(cè)；
? 提供維護(hù)所必需的源代碼；
? 出廠驗(yàn)收、竣工驗(yàn)收大綱；
? 測(cè)試報(bào)告；
? 資料核查報(bào)告；
附件一、幾種觸頭在線測(cè)溫產(chǎn)品的特性對(duì)比
1、非接觸紅外感應(yīng)式
利用紅外熱電堆原理進(jìn)行光學(xué)照準(zhǔn)測(cè)溫，優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)、測(cè)溫方式簡(jiǎn)單，絕緣隔離好。缺點(diǎn)：探頭和被測(cè)點(diǎn)之間必須通視，只能對(duì)準(zhǔn)母線室和電纜室定觸頭連接母排的引出端，間接測(cè)量觸頭溫度。安裝時(shí)每個(gè)點(diǎn)要進(jìn)行機(jī)械調(diào)校、照準(zhǔn)、鎖緊，震動(dòng)或檢修碰觸時(shí)容易將照準(zhǔn)點(diǎn)位移而失效。由于只能在母線室和電纜室安裝，安裝時(shí)母線必須停電，一旦送電，以后難以維護(hù)、檢修。
2、光纖測(cè)溫技術(shù)
優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)先進(jìn)、測(cè)溫范圍廣、精度高。缺點(diǎn)：由于光纖的折彎半徑不能過(guò)小，還必須保證表面的高壓爬距，因此，在柜體內(nèi)分布安裝比較復(fù)雜，維護(hù)、更換難度較大。每套系統(tǒng)必須配一臺(tái)光調(diào)制解調(diào)器（約30~40萬(wàn)元）。當(dāng)監(jiān)測(cè)的點(diǎn)數(shù)較少時(shí)，成本偏高。安裝的點(diǎn)數(shù)越多，價(jià)格分?jǐn)倢⒃降?。只能安裝在母線側(cè)，安裝、維修時(shí)母線必須停電。
3、定觸頭瓷套內(nèi)腔埋入式測(cè)溫，紅外或無(wú)線信號(hào)傳輸方式
將熱敏傳感器及紅外或無(wú)線發(fā)射頭安裝在定觸頭根部，接收頭與觸頭的絕緣磁套盒組合安裝在一起，靠定觸頭的一次電流取電，將溫度信號(hào)向接收端發(fā)送，這種方式在開(kāi)關(guān)柜投運(yùn)前必須安裝、調(diào)試完畢，當(dāng)開(kāi)關(guān)柜一旦投運(yùn)后就沒(méi)有維修、更換的機(jī)會(huì)了。除非要等到變壓器或進(jìn)線停電檢修。而這個(gè)機(jī)會(huì)非常少，裝備在線測(cè)溫系統(tǒng)的正常維護(hù)是必要的，無(wú)法維護(hù)的裝備一般不會(huì)受用戶歡迎。
4、溫度傳感器接觸式測(cè)溫、無(wú)線數(shù)字傳輸方式的優(yōu)越性及技術(shù)難點(diǎn)
采用的最新的無(wú)線數(shù)據(jù)通信專用集成電路，溫度傳感器和無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射電路安裝在高電位的發(fā)熱端，無(wú)線接收儀表安裝在儀表室的門上，高低壓之間的數(shù)據(jù)傳輸無(wú)任何物理連接，如果生產(chǎn)廠有能力突破幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)的話，這是最理想的方式，主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾項(xiàng)：
（1） 高低壓之間的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸、也無(wú)需對(duì)準(zhǔn)，安裝簡(jiǎn)單，適用范圍寬：（適用高壓開(kāi)關(guān)額定電流范圍630A~4000A），可顯示絕對(duì)溫度或相對(duì)溫升。但由于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)都是金屬隔離結(jié)構(gòu)，對(duì)無(wú)線電信號(hào)有很強(qiáng)的屏蔽和吸收作用，另一方面，為不產(chǎn)生空間電磁干擾，發(fā)射功率只能控制在10mW以下，因此，微小功率的無(wú)線電波在電柜內(nèi)穿越屏蔽、可靠通信是一技術(shù)難點(diǎn)。
（2） 必須選用工作溫度可達(dá)到（軍品級(jí)）500℃的無(wú)線收、發(fā)組件，才能解決在高溫區(qū)域條件下工作的自身可靠性。由于軍品級(jí)的電路在市場(chǎng)上不易采購(gòu)，生產(chǎn)廠家一般都用85℃的芯片來(lái)替代，用戶一般無(wú)法識(shí)別。在線測(cè)溫裝置在溫度升高時(shí)自身先失效的可能性就大大增加。
（3） 手車柜應(yīng)用在線測(cè)溫裝置時(shí)，應(yīng)將所有的傳感組件全部在手車側(cè)的斷路器觸臂上完成。這樣給安裝、維護(hù)、維修帶來(lái)很大的方便，安裝、維修時(shí)只需拉出斷路器手車即可，停電范圍小，時(shí)間短，對(duì)于老設(shè)備加裝、改造在線測(cè)溫也十分方便。難點(diǎn)是斷路器的型號(hào)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)等各不相同，需要有不同的安裝夾具、不同的安裝工藝來(lái)完成，
（4） 采用小CT方式取母線一次電流供電。這是無(wú)線測(cè)溫裝置的一種比較理想的免維護(hù)供電方式，但在實(shí)際應(yīng)用中有一定的技術(shù)門檻，特別是采用無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，這種取電方式比電池更容易受到高壓柜內(nèi)的強(qiáng)電場(chǎng)和強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾，必須要有精確的技術(shù)措施和精密的調(diào)試儀器來(lái)解決無(wú)線通信的可靠性問(wèn)題，這也是為什么許多用無(wú)線方式通信的生產(chǎn)廠家只得采用電池作電源來(lái)解決通信可靠性的原因。這些廠家雖然用電池解決了通信問(wèn)題，但不得不舍棄產(chǎn)品的使用壽命和免維護(hù)問(wèn)題。
另一方面適當(dāng)選擇CT制作的參數(shù)也十分重要，要巧妙利用鐵磁線圈的飽和特性，既要達(dá)到一次額定電流的5%時(shí)，其能量就可滿足無(wú)線傳感器的起始工作電源的要求，又要在一次電流滿功率運(yùn)行的情況下小CT發(fā)熱很小。不影響長(zhǎng)期工作的可靠性。
（5） 如果上述幾點(diǎn)問(wèn)題都能解決好的話，無(wú)線測(cè)溫就可認(rèn)為是技術(shù)先進(jìn)、成熟，精度高、可靠性好，免維護(hù)性能好、功能強(qiáng)，一套裝置在單臺(tái)柜內(nèi)可測(cè)6個(gè)點(diǎn)、9個(gè)點(diǎn)、12個(gè)點(diǎn)（可選），是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，價(jià)格適中的最佳方案。
附錄1：
產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)：
1. 測(cè)溫范圍：0~500℃ 精度 ±1.5% FS
2. 測(cè)溫傳感器：日本進(jìn)口高精度、高溫?zé)崦綦娮瑁?路觸頭發(fā)熱點(diǎn)＋1路柜內(nèi)溫度，可選擇增加3路或6路母線接頭測(cè)溫。
3. 適應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的種類： 現(xiàn)有市場(chǎng)提供的開(kāi)關(guān)設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格等一般都能適用，按用設(shè)備結(jié)構(gòu)，配置不同的安裝方式。
4. 無(wú)線通信頻率：433MHz 發(fā)射功率： <10mW
5. 通訊輸出接口（選擇配置）：RS485 MODBUS協(xié)議
波特率： 4800
6. 顯示儀表的電源及功耗：AC220V土15% ≤5W
7. 溫度傳感器模塊的供電方式：取自一次電流感應(yīng)式
8. 傳感器組件供電的一次電流范圍：30A~5000A
9. 耐溫范圍：0~500℃
10.測(cè)溫環(huán)主要技術(shù)指標(biāo)：
