電氣過熱產生的主要原因
在用電緊張、負荷增長迅速的情況下，10kV～35kV開關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。如果不及時發(fā)現，不及時維護，有時會造成嚴重的設備事故。由這種原因造成的惡性事故在國內時有發(fā)生（見圖1）。為了防止觸頭溫升異常造成的開關爆炸等惡性事故，國內一些廠家和運行單位經常會采用一些如變色片、紅外熱成像診斷來監(jiān)測觸頭、母線等其它部位的溫升。但是，這些方法由于存在偏差大、不可遠傳或無法直接觀測發(fā)熱點等缺陷，不能有效地作為一種預防措施來推廣。
根據電力工業(yè)技術進步的要求，開關柜正在向智能化、免維護、具備自診斷功能的方向發(fā)展，由原來的定期檢修向狀態(tài)檢修技術發(fā)展。本項目研究的目的是研制一種經濟、實用的觸頭溫升在線監(jiān)測裝置，在不降低原有設備絕緣性能的前提下，解決觸頭異常溫升的監(jiān)測報警問題。這種裝置既要經濟實用，不能大幅度提高開關柜的成本，又要便于新設備的安裝和老設備的改造，提高開關設備運行的安全性、可靠性，減少惡性事故發(fā)生。
圖1 斷路器觸頭嚴重燒蝕現場圖
電氣過熱產生的主要危害
▲ 由于彈性變差，接觸電阻增大所引起的電氣發(fā)熱，如高壓開關柜動靜觸頭接觸處；
▲ 引流線連接處氧化或松動引起的電氣發(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；
▲ 用電負荷增大致使線路過載；
▲ 線路諧波電流增加引起中線過載；
▲ 施工質量潛伏下來的隱患，造成接觸不良、絕緣破損；
▲ 電網暫態(tài)過電壓沿PE線的傳導導致絕緣擊穿；
▲ 過熱的惡性循環(huán)過程，使絕緣加速老化；
▲ 過熱的惡性循環(huán)過程，使得接觸電阻進一步增大，過熱加??；
▲ 火災之源；
▲ 爆炸之源；
▲ 電力事故之源。
三、無線測溫原理與系統(tǒng)組成
3.1.1測溫傳感器
CGS-3000開關柜在線測溫系統(tǒng)主要由六個整體式測溫傳感器和1個數據接收器組成，六個整體式測溫傳感器將測得的溫度信號無線發(fā)送給數據接收器，每個整體式測溫傳感器均采用CT線圈取電，且每個整體式測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線圈澆注在測溫傳感器殼體內，這樣給使用者帶來極大的方便，整體式測溫傳感器如圖2所示，使用時將整體式測溫傳感器套在觸臂上，如圖3所示，數據接收器如圖4所示。當斷路器合閘投運后，觸臂中通過＞30A電流時，CT輸出就能給傳感器信號處理模塊提供工作電源。埋設在彈簧觸頭附近的熱敏電阻將溫度信號傳送給信號處理模塊，模塊中的CPU將隨熱量變化的電阻信號轉換成溫度數字信號，連同本傳感頭的編號一起通過無線發(fā)射模塊發(fā)送出去。裝在開關柜上部儀表室的CGS-3000BS變送儀表，接收并解調這個溫度信號，直接在集中顯示器顯示出來。同時判別是否超出事先設定的溫度門限，如溫升超限，即發(fā)出報警觸點信號。
圖2 整體式測溫傳感器
圖4 電纜頭測溫傳感器安裝圖
3.1.2接收中轉裝置
裝置如圖5所示，接收溫度信息，調制后用無線的形式進行傳輸。
圖5 接收中轉裝置
裝置同觸頭測溫裝置頻段配對后，通過數字解調將溫度信號讀取。然后通過增大發(fā)射功率將溫度信號調制到無線載波上傳輸到更遠的集中接收裝置，該裝置有兩級溫度超溫報警輸出。
3.1.3 集中顯示裝置
裝置包含完美人機界面和強大的數據處理、存儲等功能，如圖5所示。室內開關柜共用一臺集中接收裝置和集中顯示裝置，該裝置安裝在開關室內的墻壁上。
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；
裝置可安裝在開關室的墻上，無需在開關柜面板上開孔安裝，非常適用于配電柜的改造；
系統(tǒng)通信接口為TCP/IP網絡通訊或者RS485總線通訊；
在集中顯示裝置中設有海量存儲器，可存儲每一面開關柜內所有測溫點的歷史數據和報警數據并可隨時調閱；
可以通過歷史數據查詢和報警查詢對關鍵點和報警點進行數據分析；集中顯示裝置安裝在開關室的墻上，只需用通過RS485和上位機連接即可。
3.1.4 上位機顯示
裝置和就地上位機之間采用RS485通訊方式，且遵循MODBUS通訊協(xié)議；
通過上位機即可實時監(jiān)測觸頭溫度的變化；
功能包括：實時溫度顯示、歷史溫度查詢、報警溫度查詢、系統(tǒng)參數設置、歷史曲線繪制、報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)和查詢設置區(qū)。查詢設置區(qū)即輸入設置需要查詢的日期、時間。歷史溫度顯示區(qū)即顯示需要查詢的數據。
四、組網方式
五、項目內容
110kV變電站開關柜
110kV變電站10KV開關柜共有13面開關柜需要加裝無線測溫裝置，集中顯示裝置安裝在開關室中間，在每個開關柜內有9~12個測溫傳感器和1個溫度接收變送器，測溫傳感器安裝在斷路器上下觸臂上與母排搭接點上，測溫傳感器分別將測得的溫度信息無線發(fā)送給本柜溫度接收變送器，這樣13個溫度接收變送器分別與集中顯示器采用無線連接，集中采集器對所有13臺開關柜內溫度信號進行集中接收，集中顯示器再將收到的溫度信息通過有線（RS485）傳到測溫控制上位機上，實現信息共享。
注：如數量不對請更正
5.3系統(tǒng)圖
測溫點---（無線）----采集器----（485線）--數據處理主機
5.4 現場施工
安裝時甲方需要提供停電計劃，一次性停電、或者是倒負荷停電。停電前一天施工人員到達現場。對于個別的開關柜或者是室外的線路不能停電的由甲方技術人員自行安裝。
戶外測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）。
戶內開關柜的測溫裝置（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溫裝置固定在電氣設備易發(fā)熱的點（開關觸點、電纜接頭、母線聯(lián)結點、發(fā)電機和變壓器引接線接頭、電動機接線盒接頭等）具體方法如：將測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
? 靜觸頭測溫環(huán)方式測溫
圖10 靜觸頭測溫環(huán)方式
圖15 接收中轉裝置安裝方式
五、售后服務
我方全天24時接受用戶投訴，及時處理您的建議、意見和反饋；
提供的設備保證期為最終驗收合格之日起12個月；
在質量保證期內由于設備本身質量原因造成的任何損傷或損壞，負責免費修理或更換；
5.1 資料歸檔
技術資料是無線測溫系統(tǒng)的一個重要組成部分，應能使技術人員在無線測溫系統(tǒng)的使用中，方便地對其進行安裝、運行、維護、完善和開發(fā)。
我司將提供以下相關資料：
? 全套計算機硬件、操作系統(tǒng)、軟件資料；
? 測溫模塊及采集器的技術說明書；
? 無線測溫后臺的使用手冊和維護手冊；
? 提供維護所必需的源代碼；
? 出廠驗收、竣工驗收大綱；
? 測試報告；
? 資料核查報告；
附件一、幾種觸頭在線測溫產品的特性對比
1、非接觸紅外感應式
利用紅外熱電堆原理進行光學照準測溫，優(yōu)點：技術先進、測溫方式簡單，絕緣隔離好。缺點：探頭和被測點之間必須通視，只能對準母線室和電纜室定觸頭連接母排的引出端，間接測量觸頭溫度。安裝時每個點要進行機械調校、照準、鎖緊，震動或檢修碰觸時容易將照準點位移而失效。由于只能在母線室和電纜室安裝，安裝時母線必須停電，一旦送電，以后難以維護、檢修。
2、光纖測溫技術
優(yōu)點：技術先進、測溫范圍廣、精度高。缺點：由于光纖的折彎半徑不能過小，還必須保證表面的高壓爬距，因此，在柜體內分布安裝比較復雜，維護、更換難度較大。每套系統(tǒng)必須配一臺光調制解調器（約30~40萬元）。當監(jiān)測的點數較少時，成本偏高。安裝的點數越多，價格分攤將越低。只能安裝在母線側，安裝、維修時母線必須停電。
3、定觸頭瓷套內腔埋入式測溫，紅外或無線信號傳輸方式
將熱敏傳感器及紅外或無線發(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，將溫度信號向接收端發(fā)送，這種方式在開關柜投運前必須安裝、調試完畢，當開關柜一旦投運后就沒有維修、更換的機會了。除非要等到變壓器或進線停電檢修。而這個機會非常少，裝備在線測溫系統(tǒng)的正常維護是必要的，無法維護的裝備一般不會受用戶歡迎。
4、溫度傳感器接觸式測溫、無線數字傳輸方式的優(yōu)越性及技術難點
采用的最新的無線數據通信專用集成電路，溫度傳感器和無線數據發(fā)射電路安裝在高電位的發(fā)熱端，無線接收儀表安裝在儀表室的門上，高低壓之間的數據傳輸無任何物理連接，如果生產廠有能力突破幾個技術難點的話，這是最理想的方式，主要優(yōu)點有以下幾項：
（1） 高低壓之間的數據無線傳輸、也無需對準，安裝簡單，適用范圍寬：（適用高壓開關額定電流范圍630A~4000A），可顯示絕對溫度或相對溫升。但由于開關柜內都是金屬隔離結構，對無線電信號有很強的屏蔽和吸收作用，另一方面，為不產生空間電磁干擾，發(fā)射功率只能控制在10mW以下，因此，微小功率的無線電波在電柜內穿越屏蔽、可靠通信是一技術難點。
（2） 必須選用工作溫度可達到（軍品級）500℃的無線收、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。由于軍品級的電路在市場上不易采購，生產廠家一般都用85℃的芯片來替代，用戶一般無法識別。在線測溫裝置在溫度升高時自身先失效的可能性就大大增加。
（3） 手車柜應用在線測溫裝置時，應將所有的傳感組件全部在手車側的斷路器觸臂上完成。這樣給安裝、維護、維修帶來很大的方便，安裝、維修時只需拉出斷路器手車即可，停電范圍小，時間短，對于老設備加裝、改造在線測溫也十分方便。難點是斷路器的型號、規(guī)格、結構等各不相同，需要有不同的安裝夾具、不同的安裝工藝來完成，
（4） 采用小CT方式取母線一次電流供電。這是無線測溫裝置的一種比較理想的免維護供電方式，但在實際應用中有一定的技術門檻，特別是采用無線方式傳輸數據時，這種取電方式比電池更容易受到高壓柜內的強電場和強磁場的干擾，必須要有精確的技術措施和精密的調試儀器來解決無線通信的可靠性問題，這也是為什么許多用無線方式通信的生產廠家只得采用電池作電源來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題，但不得不舍棄產品的使用壽命和免維護問題。
另一方面適當選擇CT制作的參數也十分重要，要巧妙利用鐵磁線圈的飽和特性，既要達到一次額定電流的5%時，其能量就可滿足無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行的情況下小CT發(fā)熱很小。不影響長期工作的可靠性。
（5） 如果上述幾點問題都能解決好的話，無線測溫就可認為是技術先進、成熟，精度高、可靠性好，免維護性能好、功能強，一套裝置在單臺柜內可測6個點、9個點、12個點（可選），是經濟實用，價格適中的最佳方案。
附錄1：
產品主要技術指標：
1. 測溫范圍：0~500℃ 精度 ±1.5% FS
2. 測溫傳感器：日本進口高精度、高溫熱敏電阻，6路觸頭發(fā)熱點＋1路柜內溫度，可選擇增加3路或6路母線接頭測溫。
3. 適應開關設備的種類： 現有市場提供的開關設備的型號、規(guī)格等一般都能適用，按用設備結構，配置不同的安裝方式。
4. 無線通信頻率：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.測溫環(huán)主要技術指標：
