淺談基于鉑電阻的高壓隔離開關(guān)無源無線測溫系統(tǒng)

時(shí)間：2021-12-13作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：251

 朱鹍

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

2.1感應(yīng)取電技術(shù)

       感應(yīng)取電裝置與溫度檢測電路采用一體化設(shè)計(jì)，安裝時(shí)固定在高壓導(dǎo)體上，并將高壓導(dǎo)體穿過取能傳感器，為便于安裝，本文將取能傳感器設(shè)計(jì)為卡扣式。取能傳感器通過電磁感應(yīng)提供穩(wěn)定的電源輸出，并且通過控制和調(diào)理電路在短路電流及沖擊電流下實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)長期低熱耗穩(wěn)定運(yùn)行，是解決高壓設(shè)備智能化傳感器供能難題的較好選擇。

       感應(yīng)取電技術(shù)原理與電流互感器類似，能夠很好地解決傳感器的供電問題，且體積小、安裝方便。感應(yīng)取電裝置的電路主要包括隔離穩(wěn)壓電路、取電調(diào)節(jié)保護(hù)電路和整流濾波模塊。取電線圈從高壓導(dǎo)體上感應(yīng)出交流電壓，經(jīng)過3個(gè)電路的調(diào)理后，可以輸出穩(wěn)定的直流電壓給測溫傳感器使用。其原理如圖4所示。

       感應(yīng)取電裝置通過取能互感器從高壓導(dǎo)體上獲取電能，但電壓和電流擾動(dòng)較大，所以設(shè)計(jì)了取電電源模塊，對(duì)其進(jìn)行整流濾波處理并實(shí)現(xiàn)隔離穩(wěn)壓輸出。取電電源模塊內(nèi)設(shè)置取電調(diào)節(jié)保護(hù)電路，不僅能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和限制輸入模塊的電能，而且能吸收因雷擊等特殊情況引起的瞬間大電流，取電電源模塊在高壓導(dǎo)體電流不穩(wěn)定時(shí)仍能輸出穩(wěn)定的電壓。

圖4感應(yīng)取電原理

 

       影響取能互感器輸出功率的因素有2點(diǎn)：（1）高壓導(dǎo)體上的電流大小；（2）取能裝置的輸出功率。電流越大，取能裝置輸出的功率也越大；另外，取電電源模塊輸出電壓越大，輸出總功率也越大。

       感應(yīng)取電裝置可以根據(jù)高壓導(dǎo)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(jī)模式、間斷工作模式、正常工作模式。

       （1）當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體的電流非常小，不能提供模塊啟動(dòng)所需消耗的電能時(shí)，取電裝置會(huì)處于待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)輸出電壓為零，為待機(jī)模式，這種情況下隔離開關(guān)一般為停電狀態(tài)，不需要測溫。

       （2）當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體有一定的電流，可以支持模塊啟動(dòng)，但不足以長期支持測溫傳感器正常工作時(shí)，取電裝置會(huì)處于間斷工作狀態(tài)，此時(shí)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(guān)可能處于調(diào)試或者試驗(yàn)狀態(tài)。

       （3）當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體的電流足夠大，可以支持測溫傳感器長期工作時(shí)，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(guān)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，需實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度。

2.2 Pt電阻溫度傳感器接觸式測溫單元

       采用基于Pt電阻的無源無線溫度監(jiān)測裝置，可實(shí)現(xiàn)變電站隔離開關(guān)易發(fā)熱部位溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。在隔離開關(guān)的導(dǎo)電臂上埋設(shè)熱電偶或熱電阻等測溫傳感器進(jìn)行溫度測量，這種方法是接觸式測溫，其測量度高，測量范圍大，不受中間介質(zhì)影響，可以實(shí)現(xiàn)微功耗測量。

       Pt100是一種廣泛應(yīng)用的金屬熱電阻，在–50~600℃時(shí)測溫精度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)。本文從測溫系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性出發(fā)，為降低開發(fā)成本、擴(kuò)大適用范圍，設(shè)計(jì)了一種以Pt電阻為溫度信號(hào)采集元件的接觸式傳感器溫度測量系統(tǒng)。

       Pt電阻的電阻值與溫度成非線性關(guān)系，本文通過對(duì)Pt測溫方法的研究，以運(yùn)算放大器電路為校正補(bǔ)償方法，結(jié)合線性插值軟校正方法，進(jìn)行非線性校正，有效地解決Pt電阻測溫電路的非線性誤差問題，提高了測量精度，測溫電路如圖5所示。Pt電阻采用PC工程塑料封裝，抗高強(qiáng)度跌落和震動(dòng)，防浸泡、防沖擊，滿足工業(yè)環(huán)境要求。

圖5兩線制接法橋式測溫電路

2.3無線**電路測溫裝置數(shù)據(jù)采集方案

       本文研制的測溫裝置通過安裝在高壓隔離開關(guān)觸頭上的Pt100溫度傳感器，連續(xù)測量隔離開關(guān)觸頭溫度，對(duì)觸頭的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過433MHz無線通信方式發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器處理，數(shù)據(jù)集中處理器顯示當(dāng)前溫度，并把測量結(jié)果通過無線通信上傳到監(jiān)控中心，由后臺(tái)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和預(yù)測。

3數(shù)據(jù)集中處理器和后臺(tái)監(jiān)控中心

       監(jiān)控中心接收到各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，分析確定各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)是否正常。當(dāng)有數(shù)據(jù)異常發(fā)生，及時(shí)給出相關(guān)提示，并通過局域網(wǎng)傳送到監(jiān)控中心，保存到數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)顯示在不同的計(jì)算機(jī)屏幕上，并且根據(jù)告警情況提示告警，將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的工作站上。

       根據(jù)DL/T664—2016《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》和《變電設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)缺陷庫》，高壓隔離開關(guān)過熱缺陷可分為3類：（1）危急缺陷：隔離開關(guān)過熱點(diǎn)溫度過DL/T593—2016《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》規(guī)定的允許溫度的缺陷；（2）嚴(yán)重缺陷：設(shè)備過熱程度較重，溫差較大、溫度場分布梯度較大的缺陷；（3）一般缺陷：有一定溫差，溫度場有一定梯度，但不會(huì)引起事故的缺陷。

根據(jù)DL/T664—2016和DL/T593—2016要求，綜合分析提出隔離開關(guān)過熱缺陷判斷依據(jù)如下：（1）具有合格鍍銀層的隔離開關(guān)觸頭，溫度＞90℃為嚴(yán)重缺陷，溫度>130℃為危急缺陷；（2）接頭和線夾，溫度＞80℃為嚴(yán)重缺陷，溫度＞110℃為危急缺陷；（3）裸銅、裸銅合金或涂有不合格鍍銀層的隔離開關(guān)觸頭，溫度＞65℃為嚴(yán)重缺陷，溫度＞105℃為危急缺陷。

       根據(jù)上述判據(jù)，在后臺(tái)監(jiān)控中心設(shè)置報(bào)警閾值，對(duì)變電站高壓隔離開關(guān)觸頭等易發(fā)熱部位實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度異常時(shí)進(jìn)行預(yù)警，能夠有效杜絕變電站火災(zāi)或停電事故的發(fā)生。

4試驗(yàn)驗(yàn)證

       文獻(xiàn)顯示，隔離開關(guān)導(dǎo)電回路發(fā)熱部位主要集中在觸頭接觸部位，導(dǎo)致發(fā)熱的原因主要有：（1）觸頭接觸面鍍層脫落，導(dǎo)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(dǎo)致觸頭發(fā)熱；（3）合閘不到位，觸頭夾緊力不足，導(dǎo)致觸頭發(fā)熱。

       本文依托GW6-252型隔離開關(guān)（見圖6），根據(jù)隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱原因，人為設(shè)置了3類缺陷，進(jìn)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(yàn)，通過大量實(shí)際測試，驗(yàn)證無源無線實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測裝置的各項(xiàng)性能，并得出了不同缺陷情況下隔離開關(guān)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(shí)，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(shí)，溫升有了一定的提高。夾緊力會(huì)影響動(dòng)靜觸頭接觸面積，而接觸面積變小，使接觸電阻變大，導(dǎo)致溫度微弱的提升。

圖6GW6B-252隔離開關(guān)試驗(yàn)平臺(tái)

 

圖7不同夾緊力熱點(diǎn)溫升

圖8不同污穢、不同夾緊力熱點(diǎn)溫升

圖9不同蝕點(diǎn)程度熱點(diǎn)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(duì)溫升的影響，污穢缺陷對(duì)熱點(diǎn)溫升有顯著的影響。

       由圖9看出：在輕度蝕點(diǎn)情況下，熱點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)溫升為26.6℃；在重度蝕點(diǎn)的情況下，熱點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)溫升為27.1℃。由此說明，蝕點(diǎn)對(duì)GW6B型隔離開關(guān)的穩(wěn)態(tài)溫升影響不大，原因是GW6B型隔離開關(guān)閉合時(shí)接觸面積比較大，蝕點(diǎn)對(duì)應(yīng)的面積相較于實(shí)際接觸的面積很小，對(duì)接觸電阻的影響也很小。在外加相同電流的情況下，熱點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)溫升和正常情況下的溫升情況接近。 

5安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹

5.1概述

       開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行測溫的系統(tǒng)，可對(duì)開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，方便運(yùn)維人員及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況。

5.2應(yīng)用場所

       變電所，配電室，箱變等

 

5.3系統(tǒng)架構(gòu)

       開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站三部分組成，

 

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

       Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。

5.4.2溫度查詢

       溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：

5.4.3運(yùn)行報(bào)表

       查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表。

5.4.4實(shí)時(shí)報(bào)警

       壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設(shè)備提供以下幾種告警方式：

       1）彈出事件報(bào)警窗口。

       2）實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。

       3）短信警告?？梢韵?手機(jī)號(hào)碼發(fā)送告警信息短信（需選配短信貓）。

5.4.5歷史告警查詢

       Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

5.4.6用戶權(quán)限管理

       Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為**系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全**。

5.4.7定值設(shè)置

       用于修改高溫定值、溫定值。

       WEB，手機(jī)APP（可選）：

       通過網(wǎng)址和手機(jī)APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

5.5.產(chǎn)品選型

5.5.1無線測溫傳感器選型

5.5.2收發(fā)器選型

5.5.3測溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

5.6典型配置方案

5.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫（單柜就地顯示）

a）配置方案

 

       說明：ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收60只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實(shí)例

      

 

5.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫帶操顯功能（單柜就地顯示）

a）配置方案

       說明：ASD320通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示，可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

 

b）安裝實(shí)例

5.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫（集中就地顯示/就地?zé)o顯示）

a）配置方案

       說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)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(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。

b）安裝實(shí)例

5.6.4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-2000/A通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)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。

方案二：Acrel-2000T/B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(hào)傳感器實(shí)現(xiàn)集中顯示，還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實(shí)現(xiàn)集中顯示，同時(shí)還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機(jī)保護(hù)、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。

5.6.5低壓電氣接點(diǎn)有線測溫、變壓器繞組測溫

a）配置方案

       說明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線連接，Pt100傳感器客戶自配，測量低壓電氣接點(diǎn)時(shí)Pt100傳感器需做好絕緣處理。

b）安裝實(shí)例

作者簡介：朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)槠髽I(yè)能源管控


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