摘要：在確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行與安全供電的架構(gòu)中，高壓開關(guān)柜扮演著至關(guān)重要的角色。其運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定與否，直接影響到整個(gè)電氣系統(tǒng)的效能與安全性，特別是當(dāng)內(nèi)部溫度過高時(shí)，會(huì)加速電氣設(shè)備的老化與損壞。因此，引入并深入剖析10kV高壓開關(guān)柜的無線測(cè)溫技術(shù)，對(duì)于提升系統(tǒng)維護(hù)效率、預(yù)防故障發(fā)生具有重要意義。安科瑞葉西平187+061-60+015

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備；高壓開關(guān)柜；無線測(cè)溫技術(shù)

1 10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

1.1整體設(shè)計(jì)

本文選擇KYN型開關(guān)柜作為研究對(duì)象，而K、Y、N分別是鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備、移動(dòng)式結(jié)構(gòu)以及戶內(nèi)裝置。根據(jù)10kV高壓開關(guān)柜的安全運(yùn)行需求，10kV高壓開關(guān)柜的整體設(shè)計(jì)從體積、絕緣性能、成本以及可靠性等方面給予考慮。針對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，主要由3部分組成，即高壓測(cè)發(fā)射端、低壓側(cè)接收端以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理控制。這一設(shè)計(jì)考慮到KYN型開關(guān)柜所具備的6個(gè)梅花觸頭，并提供了藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸通道。由于選取了CT互感器作為高壓側(cè)電源，DS18B20溫度傳感器測(cè)量觸頭溫度，系統(tǒng)由此能夠準(zhǔn)確反映觸頭溫度變化。

1.2溫度傳感器的選擇

一般工業(yè)場(chǎng)所使用的溫度傳感器主要有熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器等。整合多個(gè)傳感器可以發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)傳感器自身都有明確的溫度測(cè)量范圍。明確的溫度測(cè)量范圍值，可以認(rèn)知其傳感器的適應(yīng)溫度環(huán)境的變化程度。結(jié)合設(shè)計(jì)成本和難度，絕大多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)都會(huì)選擇應(yīng)用DS18B20溫度傳感器。究其原因，主要是其DS18B20溫度傳感器的價(jià)格比較實(shí)惠，同時(shí)具備高精度測(cè)量、簡(jiǎn)便的測(cè)溫路線以及使用拓展性方便的優(yōu)勢(shì)。

1.3高、低壓側(cè)信號(hào)傳輸方式選擇

無線信號(hào)傳輸方式的選擇一定程度上決定了10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)的良好程度。無線信號(hào)傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)等。但是，由于不同技術(shù)的抗干擾性以及功耗有所不同，因此10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)在無線信號(hào)傳輸方式上主要選擇藍(lán)牙技術(shù)。

1.4高壓側(cè)供電方式選擇

供電電源間的高壓側(cè)電路需要滿足不間斷供電、抗干擾能力強(qiáng)以及高穩(wěn)定輸出等要求。目前的供電方式主要有激光供電、太陽能供電、CT互感器電源供電以及電池供電等。但是，10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)主要應(yīng)用了CT互感器電源供電方式，因?yàn)镃T互感器電源供電更能滿足高壓側(cè)電路多種需求點(diǎn)，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)安全、應(yīng)用成熟以及使用環(huán)境優(yōu)良的優(yōu)勢(shì)。

2 10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫傳感器的原理

2.1無線測(cè)溫原理

結(jié)合不同的溫度傳感元件進(jìn)行測(cè)溫就是無線測(cè)溫原理，而溫度傳感元件主要有熱敏電阻溫度傳感器、紅外線測(cè)溫傳感器、半導(dǎo)體傳感器、聲表面溫度傳感器以及無源無線溫度傳感器等。

2.2熱敏電阻溫度傳感器

針對(duì)不斷變化的溫度，它的阻值也呈現(xiàn)出不同程度的變化，即熱敏電阻溫度傳感器的原理。反過來，可以結(jié)合阻值的大小判斷溫度的高低。它的優(yōu)勢(shì)也由此顯現(xiàn)，即具備的靈敏度，劣勢(shì)即熱敏電阻值與溫度的線性關(guān)系變差，進(jìn)一步導(dǎo)致元件被老化，縮短了熱敏電阻溫度傳感器的使用年限，還會(huì)隨著長(zhǎng)時(shí)間的使用使其溫度測(cè)定度和穩(wěn)定性變差。

2.3紅外測(cè)溫度傳感器

黑體輻射定律就是紅外測(cè)溫度傳感器應(yīng)用原理，即任意一個(gè)物體只要高于0℃，就會(huì)不自覺地發(fā)射出紅外線。它的特點(diǎn)就是應(yīng)用非接觸式的測(cè)量，所以測(cè)量探頭以及被測(cè)物體不需要進(jìn)行遮擋，也不用做出多種絕緣處理。但是，紅外測(cè)溫度傳感器非常容易受到溫度、濕度以及輻射等因素的影響，導(dǎo)致測(cè)溫精度出現(xiàn)偏差。

2.4半導(dǎo)體傳感器

PN作為一個(gè)測(cè)溫元件，它的原理是隨著溫度的變化其阻值也在發(fā)生變化。通過加強(qiáng)恒定電流的方式，結(jié)合運(yùn)行狀態(tài)中電流的大小，測(cè)定其高壓開關(guān)柜的溫度。雖然這種方式測(cè)定的溫度高，但是整體的靈敏度不如熱敏電阻，因?yàn)槠浞磻?yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)。然而，半導(dǎo)體傳感器不易老化，而且整體的使用年限較高，因此具有的可靠性。

2.5聲表面溫度傳感器

聲表面溫度傳感器測(cè)溫方式非常特殊，即為無源測(cè)量，可以借助無線傳輸測(cè)量高壓開關(guān)柜的具體溫度。整體優(yōu)勢(shì)是體積小，不用結(jié)合電源，但是整體的傳輸距離短，且整個(gè)傳輸過程不能有障礙物，否則易發(fā)生位移和震動(dòng)的情況，非常容易產(chǎn)生聲表面相位變化，影響其測(cè)溫值的準(zhǔn)確性。

2.6無源無線溫度傳感器

應(yīng)用能收集方式進(jìn)行能的獲取來滿足無源無線溫度傳感器的能需求，即可以充分摒棄傳統(tǒng)電池和CT取電的方式。整個(gè)無源無線溫度傳感器安全可靠性高。整個(gè)能收集技術(shù)沒有污染，還有可循環(huán)、低能耗的優(yōu)點(diǎn)。因此，未來的無線測(cè)溫系統(tǒng)的發(fā)展大多會(huì)建立在微電子技術(shù)與微功耗技術(shù)上，并呈現(xiàn)出多種類似于無源無線溫度傳感器的方式。

3 無線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

3.1安全性

獨(dú)立式的電位絕緣安裝的無線測(cè)溫系統(tǒng)，是可以大范圍規(guī)避其爬電帶來的不良影響的系統(tǒng)，還能提升電氣設(shè)備的安全性能。因此，整個(gè)無線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)為高的安全性。

3.2準(zhǔn)確性

無線測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用的器件大多數(shù)為高精度數(shù)字傳感器，而且這些器件為進(jìn)口材料，可以充分肯定測(cè)溫方式多為接觸式。整個(gè)傳感器的位置非常接近發(fā)熱點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定溫度點(diǎn)的溫度變化的目標(biāo)，顯示出無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體測(cè)量。

3.3

由于無線測(cè)溫器件本身體積較小，所以整個(gè)器件安裝過程非常便捷，整個(gè)組網(wǎng)也非常靈活，即可以應(yīng)用無線或者有線的網(wǎng)絡(luò)連線方式。器件的體積小還能方便多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的安裝，得到的測(cè)量數(shù)據(jù)。

3.4易用性

無線測(cè)溫系統(tǒng)的整個(gè)操作平臺(tái)主要是應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)，因此會(huì)更加便捷性地鏈接其網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而得到自動(dòng)化控制系統(tǒng)，且整體的使用性能也更加方便。

3.5功耗低

低功耗的設(shè)計(jì)理念應(yīng)用于無線測(cè)溫，可以達(dá)成正常測(cè)溫的目的，同時(shí)提升無線測(cè)溫傳感器的使用年限。

4 10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國(guó)多個(gè)企業(yè)公司的科研院校以及部門都已經(jīng)研制出多個(gè)不同類型的10kV高壓開關(guān)柜無線溫度在線檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)。比如，某一公司早已研制出一種特殊裝置，從正常層面上認(rèn)知其裝置是一種非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要的監(jiān)測(cè)功能是進(jìn)行配電開關(guān)柜中一個(gè)特定部位溫度連續(xù)性的監(jiān)控，且這個(gè)監(jiān)測(cè)部位是整個(gè)10kV高壓開關(guān)柜的關(guān)鍵部位。監(jiān)測(cè)其部位的目的是得到運(yùn)行工作狀態(tài)以及溫度，同時(shí)其非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還監(jiān)測(cè)斷路器的工作狀態(tài)。整個(gè)非接觸型溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用的組成元件有石英晶體聲表面波元件。眾所周知，石英晶體聲表面波元件應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)中，主要作為溫度元件。該溫度元件會(huì)直接粘貼在待測(cè)的位置點(diǎn)。由溫度元件組成的10kV高壓開關(guān)柜會(huì)組成振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號(hào)。10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)應(yīng)用其中，能充分滿足系統(tǒng)并發(fā)揮其自身的數(shù)字化特點(diǎn)，進(jìn)一步減小強(qiáng)電場(chǎng)的干擾性，達(dá)到過熱警報(bào)的目的。此外，監(jiān)控設(shè)備還可以借助微機(jī)聯(lián)網(wǎng)方式，得到集中式監(jiān)測(cè)。

實(shí)際應(yīng)用到10kV高壓開關(guān)柜中的無線測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，即性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、便捷安裝和操作。因此，多數(shù)10kV高壓開關(guān)柜都會(huì)應(yīng)用無線測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)溫。同時(shí)，整個(gè)無線測(cè)溫系統(tǒng)的價(jià)格并不高，是人們可接受的系統(tǒng)價(jià)格范圍。小巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無線測(cè)溫模塊便于變動(dòng)其開關(guān)柜，即進(jìn)行開關(guān)柜配套時(shí)，即使原柜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變動(dòng)，也能進(jìn)行快速安裝工作。只要對(duì)應(yīng)開關(guān)柜配件，再打上相應(yīng)的安裝孔，就能實(shí)現(xiàn)快速安裝。整個(gè)安裝過程不會(huì)影響原有的開關(guān)柜的無線測(cè)溫系統(tǒng)性能，尤其是針對(duì)開關(guān)柜的絕緣性能，安裝過程中絕緣性能非常好。智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)是一個(gè)龐大且繁雜的系統(tǒng)工程，經(jīng)過不斷發(fā)展系統(tǒng)工程，明確系統(tǒng)工程作為電力公司以及全社會(huì)改革與創(chuàng)新的前提，能不斷推動(dòng)我國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)程。國(guó)家早在2006年就發(fā)布了多個(gè)系統(tǒng)電力設(shè)備安全使用的重要文件，明確認(rèn)知其國(guó)家優(yōu)先發(fā)展以及實(shí)施的主體是智能電網(wǎng)安全保障。我國(guó)當(dāng)前處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)時(shí)期，國(guó)家電網(wǎng)的電力供電量已經(jīng)不能滿足居民的日常生活和社會(huì)生產(chǎn)需求。因此，國(guó)家加大電網(wǎng)的供電量，但這樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電器，設(shè)備出現(xiàn)隱患，尤其是對(duì)于智能電網(wǎng)末端的10kV高壓開關(guān)柜。因此，只有確保高壓開關(guān)柜的安全，才能進(jìn)一步電網(wǎng)溫度監(jiān)測(cè)效果。

審核編輯 黃宇