开关柜内敏感点无法实时监测的难题解决方案

1 概况

据有关资料统计，全国电力系统因高压带电设备关键部位(如断路器、隔离刀闸触头处及出线座等)过热而引发的事故时有发生。此类事故的危害性极大，轻则造成设备损坏,影响用户用电，重则造成开关柜内三相弧光短路，形成很大的短路电流，烧毁主变压器。因此，对高压带电设备各种连接点温度的在线监测是保证电网安全运行的重要内容。此外，高压带电设备的各种连接点的温度在线监测和记录，也是这些设备状态检修的重要依据。

电力系统为解决此类难题，采取了很多办法。其中《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(摘录11.7.2)中强调，需定期用红外线测温设备检查开关设备的接头处、隔离开关的采电部分(重点部位：触头、出线座等)，特别是在重负荷或高温期间加强对运行设备的温升监测，以便及时采取措施。

电力系统最初采用示温蜡片监测高压设备接头等敏感点的温度，但这种方法只有在温度过高后蜡片才有反应，且电气设备的隐蔽部位难以观察到;后采用红外测温仪进行温度监测，同样隐蔽部位难以观察。近年来，电力设备测温技术有了新的突破：一是分布式光纤测温技术，二是无线式测温技术。以上两种技术均能实现开关柜内敏感点的温度监测及环境温度监测，但无线式测温技术成本更低，便于大面积推广。经比较分析，TMS系列无线式温度在线监测预警系统(以下简称TMS系统)，可更好的解决开关柜内敏感点无法实时监测的难题。

2 TMS系统的原理与技术特点

随着无线通讯技术及数字化温度传感技术的发展及应用，无线式温度在线监测技术在近两年被广泛应用于电力、建筑、化工等领域，并取得了大量应用业绩。

2.1、TMS系统测温的技术原理

TMS系统采用数字化温度传感技术、无线通讯技术及微机控制技术，实现了高压带点设备各关键点温度的在线监测。

其基本原理是，利用高精度数字化温度传感器(美国TI生产的18B20)采集敏感点处的温度值，将温度值转换为数字信号传输至CPU，CPU将该信号转换为无线信号，并通过射频电路将温度信号以无线形式(频率为2.4GHz)发送至开关柜外的接收装置，通过信号处理、解码后可将温度信号实时显示出来。同时，管理装置的CPU还将所测到的温度与用户预先设定的参数进行比较，判断该敏感点处运行温度是否正常，若不正常则发出相应报警信号提醒管理人员。

2.2、TMS系统的技术特点

TMS系列无线式温度在线监测预警系统的最大特点是，可以对电气配电装置的母排、动力电缆的接头、开关柜内重要的采电处等部位进行“零距离”监测。其工作原理决定了它不会受到电磁干扰的影响，也不会对电气设备的正常运行带来任何负面影响。具有在高电压、强腐蚀、辐射和强电磁干扰等恶劣环境下运行，以及可进行多点测温等优点，是其他测温技术无法比拟的。

3 TMS系统在电力系统的建设

TMS系统在电力系统中的变电站、配电房等广泛应用，下面以某110kV变电站为例，详细介绍TMS系统的搭建。

3.1 测温点布置

(1)选择需要测温的开关柜。根据电力系统设备特点和运行经验，选取包括主变柜、进线柜电容柜和馈线柜等高压柜作为重点监测对象，既满足了变电站的需要，又减少了不必要的投资。

(2)选择高压柜内需要测温的敏感点。经过大量的比对分析研究，发现在封闭的高压开关柜内，容易发热的点就是触头接触处、出线电缆接头处等部位，因该变电站采用的KYN型柜体，内部采用手车式断路器，因此在一面高压柜内设立了3处3相共9个测温点，分别监测动静触头接触处及出线电缆接头部位。主要布置如图1所示。

3.2 温度采集单元安装工艺

首先应找出需要精确定位设备易发热点等重要监测部位，将温度传感器通过硅胶直接固定在需要精确监测的地方(也可通过各种固定型材固定);无线发射盒通过硅胶和绑扎带固定在等相位的铜排上(可选择合适位置)，中间通过耐高温传输导线相连接，导线用扎带或者热缩套管固定于铜排上。

在安装时，固定胶固化后方可松开，且发射盒安装位置一定要选择合适位置安装在等相位的铜排上，切不可破坏原有的绝缘距离。

3.3 测温主机系统的建设

(1)现场的温度监控装置采用先进的数据处理器件，负责采集、显示现场各测温点的数据，并通过与预设定参数比较，实现预告警功能。温度监控装置具有标准的通讯接口，能与上位机进行通讯，实现集中管理。

(2)后台计算机软件采用组态软件，功能强大，使用简单、方便，可在线显示下属的所有测温点的实时数据，并通过曲线、报表等方式输出相关信息，便于管理人员进行管理、分析。

图2 TMS系统的系统结构图

4 TMS系统的主要功能

TMS系统以友好、简洁的界面，为运行人员及其他用户提供高压带电设备关键点的运行温度在线监测及预告警等功能。

(1)实时监测高压带点设备关键点部位的运行温度，让管理人员清楚了解当前设备的运行状况。

(2)实时温度、原始数据查询，原始数据查询主要用于设备安全状况分析。通过历史数据的比对，确定设备是否有故障发生的趋势，为开展设备状态检修提供依据。原始数据查询可通过报表或趋势曲线显示(见图3)

图3 (a)趋势曲线;(b) 报表查询

(3)实时实现超温报警及型号查询。系统设有自动预告警及报警信息查询功能，包括：超温预报警、超温告警、通讯中断等。报警与否取决于阈值设定，用户可根据实际情况设定各测温点的报警阈值，更适用于运行人员的监控管理要求。

5 TMS系统的应用效果

5.1 实现对重要开关柜温度的实时有效监测

实现对电力系统内的变电站、配电房等重要单位内各关键点的温度在线监测及环境温湿度监测。温度显示可由现场监控装置LCD液晶显示、操作，也可由远程监控后台机进行监控、操作。测温范围为-15℃～125℃，测温精度为±2℃，充分满足电力系统高压带电设备的温度监测要求。

5.2 便于及时发现设备异常

TMS系统实时监测数据准确，便于及时发现各关键点部位的温度异常状况，有效的解决了封闭高压带电设备内不能在线测温的难题，提高了设备运行的可靠性，减少了停电检修的盲目性，提升了城市供电网供电的可靠系数，为电力安全生产和可靠供电提供了有力的保证。

6 结束语

高压带电设备温度在线监测系统的开发及应用，切合目前所提倡的“状态检修”技术研发及应用发展趋势，是一次具有实用意义的成功尝试，为我局今后开展高压带电设备的“状态检修”提供科学的依据，并对我局电网的安全运行增加一项重要的砝码。该项目的投入运行可大大减少设备预试停电次数和时间，提高了电网安全运行的可靠性及生产效率，减轻了运行部门日常巡检的工作量，对系统安全运行具有重要意义。