摘要：基于感應取電和無線通信技術，結合隔離開關的結構、工作原理進行在線測溫相關技術的理論分析與驗證，解決在高電壓強電磁環境中在線測溫系統的數據無線傳輸、傳感器工作能源供給、設備高可靠性等方面的難題，通過溫升試驗，分析隔離開關不同影響因素作用下的觸頭溫度分布，在試驗研究隔離開關不同觸頭材料和缺陷情況下的回路電阻，以及回路電阻與接觸溫度的對應關系的基礎上，研制出相應的在線測溫裝置，并在運行的戶外高壓隔離開關上進行應用。提出適用于隔離開關的低成本有效率的觸頭溫度實時監測技術，對及時發現高壓隔離開關觸頭的異常發熱缺陷，對保證設備安全運行、提高供電可靠性具有重要意義。

    1.   高壓隔離開關是電力系統中裝用量大、應用廣泛的高壓開關設備，根據中國電力科學研究院有限公司統計的國家電網公司高壓開關設備裝用情況，72.5kV及以上電壓等級的高壓隔離開關裝用量是高壓斷路器裝用量的4倍左右，且價格相對較低，運行環境為高電壓、大電流、強電磁場，長期暴露于戶外面臨各種惡劣天氣，鑒于以上應用需求，本文研究了一種低成本、效率、抗干擾能力強、環境適應性能好的高壓隔離開關溫度監測系統。該系統由無線測溫終端、數據集中處理器和后臺監控中心3部分組成，如圖1所示。

圖1無源無線高壓隔離開關溫度監測系統

       無線測溫裝置的研發涉及電流互感器(TA)取電裝置的設計、鉑(Pt)電阻溫度傳感器溫度信號監測、模擬信號采集及數據處理、數據無線通信采集等各種技術。為了提高測溫系統的環境適應性和運行可靠性，項目設計時盡量采用集成芯片，減少分立元器件數量，對系統的每一部分都要周密考慮、精心設計，從數據采集系統始端到末端逐個環節進行問題分析，根據分析結果以及經驗給出解決問題的實用技術。

   感應取電裝置的原理是利用電磁波進行能量無線傳遞，并通過控制和調理電路實現穩定電壓輸出；無線發射電路將溫度數據通過433MHz無線方式傳送至數據集中處理器，無線通信距離達300m。系統總體方案設計框圖如圖3所示。

圖2無線無源測溫裝置外形

圖3系統總體方案設計框圖

 

       感應取電裝置可以根據高壓導體的電流大小和測溫傳感器所需的功率調節工作模式，3種工作模式主要有待機模式、間斷工作模式、正常工作模式。

       （1）當隔離開關高壓導體的電流非常小，不能提供模塊啟動所需消耗的電能時，取電裝置會處于待機狀態，此時輸出電壓為零，為待機模式，這種情況下隔離開關一般為停電狀態，不需要測溫。

       （2）當隔離開關高壓導體有一定的電流，可以支持模塊啟動，但不足以長期支持測溫傳感器正常工作時，取電裝置會處于間斷工作狀態，此時輸出電壓值為額定輸出電壓和OV跳躍變化的方波，為間斷工作模式，這種情況下隔離開關可能處于調試或者試驗狀態。

       （3）當隔離開關高壓導體的電流足夠大，可以支持測溫傳感器長期工作時，取電裝置正常輸出測溫傳感器所需的功率，輸出穩定的電壓，為正常工作模式，這種情況下隔離開關處于正常運行狀態，需實時監測溫度。

       文獻顯示，隔離開關導電回路發熱部位主要集中在觸頭接觸部位，導致發熱的原因主要有：（1）觸頭接觸面鍍層脫落，導體腐蝕或表面臟污引起的接觸不良；（2）觸頭材質不良，接觸電阻變大，導致觸頭發熱；（3）合閘不到位，觸頭夾緊力不足，導致觸頭發熱。

       本文依托GW6-252型隔離開關（見圖6），根據隔離開關觸頭發熱原因，人為設置了3類缺陷，進行了不同觸頭材質、不同表面臟污程度、不同夾緊力的溫升試驗，通過大量實際測試，驗證無源無線實時溫度監測裝置的各項性能，并得出了不同缺陷情況下隔離開關溫度變化曲線，如圖7~9所示。

       由圖7可知：在夾緊力為400~600N時，接觸電阻變化不明顯，從25.8℃變化為26.3℃；夾緊力為200N附近時，溫升有了一定的提高。夾緊力會影響動靜觸頭接觸面積，而接觸面積變小，使接觸電阻變大，導致溫度微弱的提升。

圖6GW6B-252隔離開關試驗平臺

 

圖7不同夾緊力熱點溫升

圖8不同污穢、不同夾緊力熱點溫升

圖9不同蝕點程度熱點溫升

       從圖8可以明顯看出，相較于表面狀態正常情況下接觸壓力對溫升的影響，污穢缺陷對熱點溫升有顯著的影響。

        

 

 

4.4系統功能

收發器選型

測溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

 

      

 

       說明：觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現開關柜溫度集中顯示，可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現場不需要就地顯示，可以直接通過ATC的RS485接口，把數據傳送到值班室的遠程溫度監控系統。

安裝實例

就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現場）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

       說明：Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發器接收所有型號傳感器實現集中顯示，還可以通訊連接配電室內無線測溫相關就地顯示裝置實現集中顯示，同時還可以連接配電室內智能操控、微機保護、電力儀表等電力監控設備進行監測。

低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫

a）配置方案

 

       通過將無線測溫終端與感應取電裝置安裝在高壓隔離開關上，由感應取電裝置通過電磁互感的方式從高壓隔離開關上獲取電能，并提供給無線測溫終端，對高壓導體電流變化適應能力強，實現無線測溫的無源化，提高了安全性。無線測溫終端內的Pt電阻溫度傳感器與高壓隔離開關直接接觸，對于目前應用較多的非接觸、非實時監測的紅外測溫方式來說，更加有效準確；相比光纖有線測溫方式，環境適應性更強。通過數據集中處理器擴大無線測溫終端與后臺監控中心的通信范圍，可以容納多臺終端同時進行測溫，實時性高。本文的研究成果適用于變電站高壓隔離開關的實時溫度監控，具有精度高、低成本、直觀可靠以及安裝方便等優點。