开关柜无线测温技术研制与应用

2022-05-05崔士刚郝建国刘忠洋

数字通信世界 2022年4期

崔士刚，郝建国，刘忠洋

（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，内蒙古通辽 028000）

1 开关柜测温的必要性

我国是人口大国，对于电力有很大的需求，相应对于电气化设备的可靠运行也有进一步的要求。开关柜作为确保电能质量的关键设备，保证其安全稳定运行具有十分重要的意义。

一般情况下，由于开关柜通常是密闭空间，当负荷增大以及长时间运行时，就容易发生内部过热的现象，从而导致异常温升。如果没有及时发现并采取合理的措施进行干预，随着时间的流逝，其温升现象会越来越严重，开关柜内绝缘件等设备的过热程度会持续增加，不仅会影响使用寿命，而且会导致重大安全事故发生。此外，开关柜具有大电流的特点，这就引发了较为强烈的电磁辐射现象，进而导致测温系统温度监测的不准确，从而无法及时掌握温度变化情况。另外，由于通常温度传感器需要直接安置于高压被测物体上，并且保证一定的安全距离，这就容易引起温度测量误差的问题，进而埋下安全隐患。

2 开关柜发生故障原因

开关柜发生故障的原因有很多，但究其根本还是由于开关柜内相关元件及线路长期处于大电流、高电压工作状况，且空间狭小不通风，强大电流容易导致其内部温升加剧，一旦没有及时发现问题并进行预防，很容易发生火灾等安全事故。因此，做好开关柜内温度监测，避免发生过热的现象，对于避免火灾等安全事故的发生具有十分重要的研究价值。

2.1 温度过高

通常情况下，开关柜在正式应用前会在实验室内进行试验检测，检测时间通常为8小时。然而，在实际应用中，开关柜通常需要长时间、不间断运行，同时会持续性发热，而温升又是随着时间不断增加的，这就导致试验数据无法满足实际应用中的数据变化范围。另外，虽然我国自动化水平稳步提升，但是对于开关柜这种电气设备安装，通常还需要具有极强专业技术知识的工作人员进行设计与安装。在一定程度上，现场工作人员的违规操作也会导致温升异常的情况发生。

2.2 接头故障

开关柜在输配电系统中承担着重要角色，对于保护线路、监测电量运行情况具有不可忽视的影响。然而随着工作时长的不断增加，不可避免地会出现线路老化的问题，同时在长期大电流的作用下，也会在一定程度上导致接触电阻增大，引起局部放电、高压泄漏现象发生，这些现象都容易引起开关柜内相关元件温升现象愈发严重，从而引发线路、设备着火现象，导致开关柜被烧毁，引起重大安全事故的发生[1]。

3 开关柜常用温度监测方式对比

无线测温技术在开关柜内的应用具有十分明显的优势，通过将温度传感器直接安装于需要测量温度的关键部分，之后通过温度传感器获取实时温度以及其他工作状态信息，通过无线信号进行传递，同时实现数据的采集与存储。根据温度信息变化标准进行检测，一旦发生问题，可以及时有效地进行报警，避免重大安全事故的发生。与此同时，通过对温度变化情况进行对比分析，可以形成相关报表，以便更好地对开关柜的运行情况进行监测。一方面可以解决开关柜内空间狭小的问题，更好地安装其他设备元件；另一方面可以提高监测准确度，弥补人工操作的不足，减少人工巡视工作量，降低运维成本，对温度异常情况进行更为及时的监测，避免安全事故的发生。

3.1 无线测温技术与蜡片示温法的比较

显而易见，蜡片示温法就是在被测物体表面涂抹一层可随温度情况进行相应颜色变化的发光材料，通过日常巡视，可以大致判断开关柜内相关设备的温升情况，避免重大安全事故的发生。然而这种方法精度很低，无法准确测量温度情况，对于相关技术的研发不具有参考价值，且极容易发生蜡片脱落的现象，需要大量的人力进行日常维护工作，运维成本非常高，不利于对其进行推广应用。与此相比，无线测温技术十分的可靠，且无须进行日常巡视，降低了运维成本，具有很高的推广使用价值[2]。

3.2 无线测温技术与常规测温方法比较

常见的测温方法通常是通过温度传感器件进行温度监控，比如，热电偶、热电阻、半导体等，众所周知，通过温度传感器进行信号的传输需要通过金属导线作为介质，这就导致无法保证其在开关柜的正常工作中可以具有稳定的绝缘性能，因而无法应用于开关柜的温度监测。与之相比，无线式测温技术不需要金属导线传输信号，而是通过无线方式传输信号进行温度监测，这就避免了金属导电的问题，很好地保证了开关柜内元件的安全运行，因而可以直接应用于开关柜内，并对其温度进行准确地实时监测，避免安全事故的发生。

3.3 无线测温技术与红外测温方法比较

众所周知，红外线的使用通常需要将测温装置与被测物体间隔一定距离再进行测温，这就需要一定的空间来安装其设备，然而开关柜内通常是密闭狭小空间，因此无法应用该技术。此外，由于该段距离的存在，导致红外线极易受到周外环境因素的影响，无法确保温度监测的准确性，从而容易出工作疏漏的现象。与之相比，无线测温技术通过将温度传感器直接安装于被测物体表面，从而确保了温度监测的准确性[3]。

3.4 无线测温技术与光纤测温方法比较

光纤测温方法通过将温度传感器检测到的信号经光纤传递到测温设备上，确保了温度测量的准确性并避免了导电的问题。然而开关柜内空间狭小，并且设备元件复杂，线路多，这就给光纤的安置带来了极大的难度，同时光纤极易受到环境的影响而发生断裂，并且不耐高温，都给其应用带来了一定的挑战。与之相比，无线测温技术的应用可最大限度地减少线路的布置，可以更好地对开关柜内的空间进行应用。

3.5 开关柜测温技术研发现状

现阶段，我国电力系统通常严格按照国家电气设备采购标准及设计规范安装、使用开关柜，确保开关柜可以通过试验验证，特别是对于温升现象的控制。在日常供电情况下，系统负荷通常不会与开关柜的设计满容量相同，因此其温升问题不会影响开关柜的正常运行。然而，在实际应用过程中，开关柜内部温度变化情况，尤其是母排连接点等部分，其温升数值往往超过试验值。

随着我国科技化水平不断提高，虽然开关柜无线测温技术的研制与应用得到了进一步的完善与发展，并且电气设备施工水平与施工人员专业素养也不断增强，但是由于电压等级越来越高，供电情况越来越复杂，开关柜内温升现象越来越严重，针对其测温技术的相关研究尚不成熟，对于国外先进技术的掌握也不尽全面，测温技术与相关专业人员仍存在缺陷与不足，还远未达到世界先进水平的要求。这就需要相关电力企业加快无线测温技术的研发，并且结合工程实际情况，充分考虑多方面因素，不断从实践中积累经验。一方面推动先进无线测温技术的研制，使其更好地与开关柜适配；另一方面鼓励电力企业对相关技术进行应用，并在使用过程中对其不断改进，最大限度地避免安全事故的发生，推动相关技术的大范围应用[4]。

3.6 开关柜无线测温技术特点

短距离无线通信技术主要包括蓝牙、红外数据传输以及无线局域网。无线温度传感器采用的何种短距离无线通信技术，需要各电力单位在实际应用中根据经济性、可靠性要求等因素选择。无线测温系统通常由温度传感器、显示器以及监测预警平台组成，通过将无线温度传感器测量的温度转变为数字信号，经过无线发射接收模块传递到温度显示器和监测预警平台，后台监测设备根据信息进行实时监测，一旦发生温度超过预设温度的情况，就及时进行预警，发出警报。总之，无线测温系统具有如下特点。

由于安装方式独立，绝缘性好，可以最大限度地避免大电流、高电压对其造成的影响，因此对开关柜的安全运行没有影响；可以直接测量开关柜内元件温度，且温度传感器精度高，因此可以更加准确地测量开关柜内温度变化情况；由于无线测温装置结构简单，易于安装，灵活性高，因此可以依据工程实际增加监测点的数量，进一步增加了开关柜运行的可靠性；由于无线测温系统研制工作起步较早，因此具有优良的操作平台，且操作简单，各功能的模块化设计也方便了与其他装置的连接，同时融入大数据平台，可以更好地对温度变化情况进行汇总收集，以便更好地对开关柜的性能进行升级优化，因此具有很好的推广价值；由于无线测温系统体积较小，因此运行功耗较低，在确保温度监测水平可靠的前提下，可以更好地延长开关柜的使用寿命[5]。

除此之外，针对开关柜内空间狭小、易发生温升现象的特点，在安装无线测温设备时需注意以下几点：一是在安装温度传感器时需选择容易发生温度变化的部分，比如，触电或接头位置；二是在安装过程中要避免影响其他设备的正常工作，保证安全距离；三是在安装温度接收仪时也要根据现场实际情况采用挂壁式或嵌入式，确保开关柜的供电可靠性。

图1 无线测温系统

3.7 开关柜无线测温技术发展前景

当前，随着我国科技水平的迅速提升，无线测温技术的研制与应用越来越多地引起国内外专家学者的关注，同时也推动了电力企业对其进行更为广泛的研究与开发，目前已有多种在线检测系统应用于开关柜的温度检测中。无线测温系统的应用大多针对开关柜中的关键部分，对其进行温度的实时检测与长期监测，避免发生温度过高现象，同时对其工作状态进行监测，避免发生重大安全事故。

通常情况下，无线测温技术在开关柜中的应用具有很大的优势，其紧凑小巧的结构设计对开关柜原设计的影响非常小，因此安装方便且施工成本低；其简单的结构又降低了制造成本，因而可以大规模、广泛地应用于开关柜中；另外，其可靠的监测性能进一步增大了其应用前景。保证电网安全运行是一个系统工作，需要各个环节紧密配合，做好权责分工。同时，电网安全又是社会生产、人们生活与工作得以顺利进行的基础，对国民经济的稳定发展起着不可忽视的影响，因此，提升开关柜的运行稳定性，确保用电、供电安全是电力行业首要考虑的关键问题。由此可见，开关柜无线测温技术的研制与应用具有十分广泛的前景。