进线断路器运行温度在线监测在低压配电系统中的应用研究

山东华睿安装工程有限公司 李仰进

1 引言

当进线断路器温度异常升高时，就会对配电系统的设备安全造成不良影响，甚至还可能引起电气火灾等配电系统事故，导致严重后果。因此，对进线断路器运行温度在线监测具有重要的研究价值。

2 进线断路器及运行温度在线监测的应用价值

2.1 低压进线断路器的概念及作用机理

断路器是起到开关、承载、合断正常运行过程中的电流以及在规定的时段内承载、合断异常回路中的电流的开关设备[1]。一般在1200V以下的交流电压或1500V 以下的直流电压中工作的断路器称为低压断路器。低压进线断路器是楼宇、住宅等建筑的低压配电系统中常见的电气器件。低压配电系统的工作原理是当电器发生短路时，超负荷电流产生的磁场作用反力弹簧，引发脱扣器产生拉动动作，使得开关跳闸。电路发生过载时，瞬间增大的电流导致回路发热加剧，断路器上的双金属片受热形变推动机括拉伸，实现断路操作。进线断路器控制电路原理如图1所示。

图1 进线断路器控制电路原理

2.2 进线断路器运行温度在线监测的应用价值

对低压配电器日常检查中，用远红外测温装置经常能够检测到低压配电器中进线断路器温度的异常升高，测得的温度能够达到150℃，有的甚至超过200℃，且常伴有绝缘组件发出的焦煳气味[2]。分析原因如下：一是因电气设备长时间暴露使用，表面氧化严重，造成触点电阻不断增大，在单位电流不变的情况下，触点温升异常导致发热。二是断路器绝缘层在超高温度下，向环境中持续释放硫化氢气体，加重对断路器已经氧化触点的化学腐蚀，进一步增加了触点的电阻，形成恶性循环效应。三是低压配电系统中大量使用的变频器发出的高次谐波在触点部位反复振荡产生的能量，进一步加重温度的异常升高。针对这种安全隐患，电仪巡检部门通常不得不停电检修，排除隐患，还需要加大巡检的频次，由每周2次逐渐增加到2次，甚至每天2次，为保证检测的安全可靠性，有时还要投入大量资金选用更为先进的热成像仪。但是，这类因进线断路器温升异常导致的事故仍时有发生。因此，在低压配电系统中对进线断路运行温度的实时在线监测意义重大，不仅可以有效防患于未然，还能节省人工成本，具有较高的应用价值。

3 低压配电系统中进线断路器运行温度在线监测系统方案

在低压配电系统中，断路器发热会严重影响电力设施的正常运行，甚至导致事故发生。以往的解决方案常采用在断路器接口处镀银以减小电阻，防止发热。但镀银层还会因为装配、环境因素影响而腐蚀氧化引发事故。因此，选用适合的在线监测设备实时在线监测仍是目前普遍采用的方案。常用的在线监测系统主要包括发射模块、显示主机、光电转化装置及主机电脑等，进线断路器运行温度在线监测系统如图2所示。

图2 进线断路器运行温度在线监测系统

3.1 温度采集及发射模块

发射模块主要包括温度传感器、信号处理单元、无线发射器及换能器组成。发射模块是进线断路器监测的核心，采用性能强劲的数字信号处理技术，模块中各单元将各自接收到的传感信号经调理、放大、移位、滤波后传入数据采集模拟数字芯片。再经过外扩存储芯片存储，替换过期数据[3]。在检测到断路器温度变化时，模块将波形数据与计算结果一起暂存临时记忆单元中，再通过光缆传输到服务器后台。温度传感器也称测温探头，一般正常测温范围在200℃以内，精度在正负一度，负责输出温度数字信号。信号到达发射器后，经信号调制再发射到显示主机。发射模块还可以选装换能器，换能器主要起到对测温单元一旦受到过载电流冲击后的保护作用。安装时，先用专业电工工具拆卸断路器的触头连接处，用细嘴钳取下卡簧，拿下绝缘壳，再将测温探头紧贴在断路器触头一侧，发射器及换能装置通过固定镙铨固定在断路器触头上端。然后再依次将卡簧、绝缘壳装入原位，也可以采用专业绑扎线固定发射模块，可以将测温探头穿入开关主插与母排侧向结构缝隙，再用耐高温粘胶固定。

3.2 主机及网络监视系统

显示主机一般安装在低压配电站开关室墙体上，内部有存储器和运算器，在接收到发射模块传来的温度信号后，解调读取进行数据前期加工处理后，经光纤将信号传送至低压变电站主控单元的光电转换装置，转换成电信号，最终传输至后台主机[4]。根据TCP/IP 协议，主机再将温度信号上传至局域网，再经过监测软件完成监测分析。主机监视系统一般都具有温度实时显示、历史温度查询提取、异常报警、参数调整及温度周期图表绘制等功能。

4 进线断路器运行温度在线监测软件

4.1 网络监视软件

网络监视软件处在线监测系统的最上层，负责对进线断路器工作状态实时显示，收集存储温度信息和数据，由开始界面、启动界面、登陆窗体、主窗体及系统日志、历史数据显示和系统管理组成。采用Visual Basic6.0语言，将程序的开发、测试完善、容错等功能整合于一体，是以事件驱动作为运行机制的全新一代可视化编程设计语言。进线断路器监视软件体系如图3所示，结构主要功能是实现进线断路器接线端温度变化的显示和存储，并按照需要生成历史数据和可视图表。

图3 进线断路器监视软件体系结构

4.2 发射模块及显示主机端软件

发射模块及显示主机端软件基于LonWorks 等网络开发工具，运用C 语言进行代码编写。断路器各模块之间的通讯是基于网络变量实施，采用传感器探头采集断路器触头温度，传输到显示主机进行保存。主机端软件则向发射模块下达采集指令。

5 进线断路器运行温度在线监测主要技术参数指标

显示主机主要参数指标见表1。

表 1 显示主机主要参数指标

采集及接收模块参数见表2。

表2 采集及接收模块参数

6 进线断路器运行温度在线监测应用的优点及不足

6.1 优点

本研究方案在监测实践中对断路器整体结构的影响小，基本不会对断路器绝缘层造成不良影响，不会影响到断路器的使用性能和安全性能。本研究方案应用的相关设备操作相对简单、价格便宜，能够有效控制监测成本，且发射模块带有自驱供电能力，体积小、重量轻，安装简便。捆绑材料为耐腐蚀阻燃材料，不会对断路器造成二次损害。模块组件不会在工作过程中对断路器造成任何不良影响。

6.2 不足

进线断路器发射模块本身若出现故障后，操作人员无法带电维修或更换，只能够停电检修，给维护带来不便

7 结语

进线断路器运行温度的动态在线监测应用，对保障进线断路器在供电回路中正常运行和在发生系统风险时及时断路止损具有重要的意义，其能够直接影响到整个低压配电系统电气回路的平稳运行。因此，对在线监测的应用研究不仅可以有效地减少相关断路器事故的发生，还能够减轻巡检工作人员的工作负荷，具有重要的研究应用价值。