高低压成套开关设备智能化控制系统测温技术的运用研究

2024-05-22电投原平可再生能源有限公司徐向宇

电力设备管理 2024年6期

电投（原平）可再生能源有限公司徐向宇

高低压成套开关设备是电力系统安全稳定运行的关键组成部分。随着科技的进步，智能化控制系统的集成成为提升设备运行效率及安全性的重要手段。在众多监测技术中测温技术尤为关键，其精准的温度监测能力对于预警故障、指导维护决策具有决定性作用。然而，该技术的集成和应用过程中诸如数据分析深度、系统响应速度及环境适应性等问题仍然存在。

1 测温技术在高低压成套开关设备智能化控制系统中的集成与应用

1.1 测温技术在高低压成套开关设备智能化控制系统中的角色

某厂厂用电系统中相关高低压成套开关设备智能化控制系统的具体构成及相关参数如表1所示，某厂针对以上设备构建了高低压成套开关设备智能化控制系统，系统以智能化监控单元（SMU-2024）为核心，实现对高压开关柜（HVC-5000）与低压配电柜（LVD-800）的精确控制与实时监测。红外热像测温仪（TI-850）集成于系统中，用于非接触式温度监测，以便及时发现与预警可能导致设备故障的异常温升；微环境监测仪（EMS-300）则负责监视设备的运行环境，保证其处于最佳的工作状态；在此基础上，某厂运用了一项测温技术集成项综合保护装置（CPD-201）与智能断路器（ICB-1000）则提供必要的电力保护，确保系统稳定运行。所有设备通过通信管理单元（CMU-500）实现数据交换与指令下发，保障了整个智能化控制系统的高效协同工作。

表1 成套开关设备智能化控制系统构成及参数

在此基础上，某厂运用了一项测温技术集成项目，旨在提升设备的运行安全性和效能。

项目初期对设备原有温度监控机制进行了全面评估，发现存在监测不全面、响应迟缓等问题。为此某厂运用了一套基于红外热像技术的测温系统，该系统能够实时监测并记录开关设备的温度数据，监测精度达到 ±0.5℃；在集成该测温系统后，某厂对其在实际操作中的表现进行了为期6个月的跟踪分析。数据显示，系统平均每月检测到异常温升事件数由集成前的15次下降至2次，故障响应时间从平均1h 缩短至5min 内。此外，通过对测温数据的深入分析某厂优化了维护计划，将预防性维护周期由3个月延长至6个月，设备稳定运行率由97.5%提升至99.8%。

测温技术在高低压成套开关设备中的角色不仅体现在故障预警上，还通过数据驱动的决策支持进一步提高了运维效率，确保了厂用电系统的高可靠性和经济性。因此，某厂认为该测温技术的集成与应用是智能化控制系统不可或缺的一环，对于确保高低压成套开关设备的长期稳定运行至关重要。

1.2 高低压成套开关设备智能化控制系统测温期间的故障预防与响应

某厂在高低压成套开关设备智能化控制系统中实施的测温技术不仅实现了高精度的温度监测，还极大提升了故障预防和响应的效率。系统中的红外热像测温仪TI-850负责实时捕捉设备热点，并通过定制的算法进行数据分析以识别潜在故障[1]。具体的故障预防监控原理可以用公式表示：T预警=T实测-T环境-T安全余量，式中：T预警表示红外热像测温仪实时监测到的设备温度，T环境表示微环境监测仪EMS-300所测得的环境温度，T安全余量主要根据设备材料和负载特性设定的安全温度余量，通常取5℃。

以高压开关柜HVC-5000为例，假定该设备在正常运行状态下的安全工作温度不超过80℃，当某一测点的T 预警持续超过10℃时系统即判定为高温预警状态，自动触发预警机制，并将数据通过CMU-500通信管理单元上报至中控室。

在最近的一次监测中，TI-850在HVC-5000的一测点记录到的温度（T实测）是88℃，而EMS-300测得的环境温度（T环境）为25℃，则计算过程如下：T预警=88℃-25℃-5℃ =58℃。根据计算结果可知，T预警值远超过安全范围，系统立即进入预警状态。综合保护装置CPD-201响应指令，在5s 内切断了电源，避免了潜在的高温故障。同时某厂维护人员接到维护任务，迅速到现场进行检修。经检查发现是由于连接部分的螺丝松动导致接触电阻增大，从而引发温升。维护人员紧固了螺丝并对相关部件进行了整体检查，确保无其他潜在风险，设备在30min 内完成了维修并重新投入运行。

通过上述智能化测温与故障响应的精确协同，某厂显著地提高了设备的安全性能，减少了由于设备故障引起的停机时间，保证了生产线的连续稳定运行。

1.3 测温数据的分析与决策支持

某厂的高低压成套开关设备智能化控制系统中，测温数据的精确分析是确保设备健康运行的关键环节。采集的数据经过系统内置的数据处理模块进行分析以指导决策支持。对测温数据的分析原理如公式：HI=100-（（T实测-T基准）/T基准）×100，式中：T实测表示当前测量温度，T基准表示设备在相同负载下的预期正常工作温度。健康指数HI的计算值接近100，表示设备工作状态良好，健康指数低于预设阈值则提示设备可能存在故障。

依然以高压开关柜HVC-5000为例，假设在正常负载下的预期工作温度为70℃。在最近一次监测中红外热像测温仪TI-850测得某测点的实际温度为85℃，则计算HI=100-（85-70）/70×100≈78.6℃。某厂设定的预定警戒线温度为80℃，对比结果显示HI值低于预警值，故启动风险评估流程，由专家系统分析可能的故障原因，并提出相应的维护策略。

为确保系统能够长期稳定运行，某厂采用统计方法对长期测温数据进行趋势分析。通过线性回归模型预测设备的未来工作状态：T预测=a×t+b，式中：t表示时间，a和b均表示回归系数，基于所收集的历史数据通过最小二乘法得出。同样针对HVC-5000的某测点进行历史数据回顾分析，得到回归方程计算过程为：T预测=0.2×t+70，表明该测点的温度每增加一个时间单位温度上升0.2℃，基线温度为70℃。通过上述分析，便于制定出更为精确的预防性维护计划，减少突发故障的风险。同时，通过对测温数据的深入分析能够识别出设备性能衰退的早期迹象，及时调整维护计划和替换周期，实现成本控制与设备效能的最优平衡。

综上所述，测温数据的分析与决策支持为日常维护提供了性能较为可靠的分析工具，以确保设备的高效和可靠性，同时提高了对设备故障预防的主动性和对维护资源配置的智能性[2]。

2 测温技术运用于高低压成套开关设备智能化控制系统的优化、挑战及发展

2.1 测温系统优化实践与技术革新

某厂在推动高低压成套开关设备智能化控制系统的过程中，对测温技术的优化和技术革新给予了高度重视。在实际操作中，针对传统测温方法存在的局限性，如手动测量的不连续性、数据精度低和反应延迟等问题采取了一系列创新手段进行优化。

升级了传感器设备。由原先的热敏电阻转变为基于微电子机械系统（MEMS）的红外传感器，提高了测量的准确性和响应速度。MEMS 传感器的引入将测量误差控制在 ±0.5℃以内，同时响应时间缩短至毫秒级[3]。这项技术的应用极大提升了测温数据的实时性和可靠性；实施数据融合技术。将多个测点数据进行综合分析以消除单点测量偶然误差的影响。如通过设定权重系数将周围多个测点的温度数据综合考量，得出更为稳定可信的温度指标[4]。该方法不仅增强了数据的鲁棒性，还优化了整体测温体系的性能；在软件层面，运用了基于机器学习的预测模型，以历史数据为基础对未来温度趋势进行准确预测。模型通过持续学习优化算法参数，使得预测准确率提升至92%以上，为设备的预防性维护提供了强有力的数据支持。

最后，为实现配电室远程值守监测某厂建立了一个集数据采集、传输、处理和分析为一体的智能监控系统。该系统采用物联网技术实时监控设备状态，并通过云平台实现数据的集中管理和分析，确保了监测工作的连续性和系统的稳定运行。

通过上述优化和技术革新，某厂显著提高了测温系统的性能，为高低压成套开关设备的智能化控制打下了坚实的技术基础。同时，这些创新实践也为某厂在节能减排、提升设备安全性和延长设备寿命等方面做出了积极贡献[5]。

2.2 高低压开关设备中测温技术面临的挑战

某厂在实施高低压成套开关设备智能化控制系统的过程中，识别并应对了测温技术面临的多项挑战。具体来说：

环境因素对测温精度的干扰。开关设备周边温度波动、湿度变化以及电磁干扰等因素极易造成传感器读数不稳定，影响测温结果。某厂通过实施环境补偿算法校准传感器读数，确保了数据的准确性。然而这种方法增加了系统的复杂性，对算法的实时调整提出了更高的要求；传感器的老化和故障率问题。某厂监测数据显示，传感器平均寿命期内的故障率约为3%，这意味着维护成本和设备稳定性是持续关注的焦点。为此某厂投入资源，定期对传感器进行检测和更换，保障了系统的连续运行和数据的准确性。

数据处理和分析较为复杂。随着传感器数量的增加数据量呈指数级增长，对存储和计算能力提出了更高要求。某厂对数据处理架构进行了优化，采用边缘计算技术对数据进行预处理，减轻了中心服务器的负担，提升了数据处理效率；测温技术的集成和兼容性问题。由于高低压开关设备型号众多，不同生产商的设计标准各异，造成了传感器接口和通信协议的不一致性。某厂采用了一套标准化的接口转换模块，实现了不同设备和传感器之间的高效对接[6]。