高压开关柜温度在线实时监测系统研究

高压开关柜温度在线实时监测系统研究

发布时间：2022-05-25T02:27:41.479Z 来源：《当代电力文化》2022年期2月3期 作者： 付超楠

[导读] 高压开关柜触头位置容易出现高温，继而给开关柜正常运行带来不利影响，而传统的人工监测方式难以及时发现开关柜内高温点。

付超楠

国网长治供电公司变电运维中心，山西省长治市046000

摘要：高压开关柜触头位置容易出现高温，继而给开关柜正常运行带来不利影响，而传统的人工监测方式难以及时发现开关柜内高温点。因此，为了掌握高压开关柜内高温点位置，对高压开关柜温度在线实时监测系统进行分析与研究，详细阐述温度测系统、无线温度采

集终端及数据集中器构成，并确定了具体的温度传感器安装方式。在变电站内高压变电所现场应用后，高压开关柜温度在线实时监测系统

可实现对开关柜内各触头温度24h不间断监测，监测精度高、成本低，监测结果可为后续开关柜维修、保养提供一定指导。

关键词：高压开关柜；温度；线实时监测；系统研究

前言：

随着我国经济高速发展和社会快速进步，电力作为国民经济发展中主要动力来源，在整个社会生产和人民生活中的地位越来越高。电力的持续性和安全性直接关系到社会的稳定，因此用户对电力系统的可靠性提出了更高的要求。《中国科学技术指南》中提出的电力能源

领域发展的战略目标为“提高供电可靠性、质量和经济性，建立设备和电网故障诊断和监测系统，改进输电在线监测技术、城市供电技

术”。电力改革创新是近年来电力行业发展的趋势，对电力设备运行状态实时监测是电力改革创新的主要方向，也是及早发现电力设备故

障、排除危及安全生产的事故隐患的主要手段。

高压开关柜是电力系统中重要的电气设备，在电力传输、配电及电能转换过程中执行用电支路的投入、切断控制和故障保护。高压开关柜主要由高压断路器、高压负荷开关、高压隔离开关及操作机构等组成，各个组成部分协同配合实现高压开关柜的控制与保护的功能。

按安装方式及柜体结构，高压开关柜主要分为移动式高压开关柜、固定式高压开关柜（金属封闭箱式高压开关柜）、金属封闭铠装高压开

关柜、敞开式高压开关柜等。高压开关柜为柜体式结构，内部热量不易向外散发，在负荷较高或温度较高的场合，柜体内部的温度容易超

出安全值，严重影响高压开关柜的使用寿命，甚至引发火灾等严重事故。因此，开展高压开关柜温度在线监测技术研究，在温度过高时发

出警报提示工作人员进行处理，对于提高高压开关柜安全性，保证供电系统的可靠性具有十分重要的意义。

1 高压开关柜测温技术

高压开关柜内部处于高电压、强磁场和强辐射的复杂运行工况致使传统检修方式（事故后维修和定期检修）限制了测温技术的发展。国内外关于高压开关柜测温方式缺乏统一的标准，市场上也没有垄断性的产品，各个厂家根据自身实践经验和研发能力开发不同类型的测

温产品。目前，市场上主要的测温手段有示温腊片变色法、光纤技术测温法、红外手持设备测温法等，以下对上述方法进行详细介绍。

示温腊片变色法测试温度是根据示温腊片在不同温度环境下显示不同颜色的物理过程。测试时把示温腊片粘贴在高压开关柜需要测试的部位，通过人工观察示温腊片颜色的变化来确定测试点温度范围。当温度超过示温腊片的测试范围时，示温腊片会自然脱落。示温腊片

变色法测试温度需要工作人员定期查看，在测试过程中人员工作量大、成本高、稳定性低、实时性较差。示温腊片变色法测试温度方法在

早期的高压开关及其它类型电气设备温度测试过程中具有一定的应用空间，但随着测温技术和电力电子技术的高速发展，示温腊片已经慢

慢退出温度测试领域，目前只有在极少的领域应用。

光纤测温法是利用光在光纤中的喇曼效应改变光波波长的特性，喇曼效应信号的强弱与温度有直接关系。当宽带光进入光纤，经过光栅返回一定波长的光，该波长与被测温度有一定变换关系，经测量反射光波长可确定被测物体温度。光纤测温一般依托光纤传感器，传感

器输出与温度成比例的信号，采用埋入/表面安装方式。光纤测温法的测试精度和实时性较好，具有一定的市场空间，但该方式测温成本较

高、维护困难，不利于大范围推广应用。

红外手持设备测温法利用被测物体温度高于绝对零度时向外界散射红外能量的原理。散射的红外能量与物体表面温度相关，通过测试散射的能量并计算就能得到物体表面的温度。红外手持设备测温法为非接触式测温方式，测试精度较高，但巡检间隔时间较长，不利于及

时和实时发现被测物体温度的变化情况。高压开关柜为柜体式结构，元器件较多，内部结构复杂，由于元器件的遮挡导致使用红外测温时

关键点测试结果不准确。上述测温方法在高压开关柜温度测试和监测过程中起到一定的作用，但这些设备功能单一、可靠性较差，无法满

足目前智能化电网和智能化电器设备的发展需求。基于ZigBee网络无线测温技术是利用ZigBee网络实现传感器数据的无线传输。ZigBee是

一种近距离无线组网技术，其特点为成本低、功耗低、传输速率低，测温时测温节点直接粘贴在被测部位，且温度数据以无线的形式发送

出去，彻底解决了高压绝缘的问题，广泛应用到工业自动化控制、无线温度监控、智能家居和远程监测控制等领域。

2 温度采集系统设计

高压开关柜温度在线监测系统利用ZigBee网络作为数据传输的载体，实现对高压开关柜内温度实时监测、传输和存储。高压开关柜温度在线监测系统主要由传感器组、ZigBee网络、存储器、电源模块、PIC单片机、复位单元、时钟单元、通讯单元、中央监控室等组成。其

中PIC单片机对采集ZigBee网络反馈的温度数据进行运算处理，同时通过通讯单元将温度数据发送到中央监控室的工业计算机；ZigBee网络

实现传感器组信号和PIC单片机之间的数据传输；多个高精度温度传感器组成的传感器组用于测试高压开关柜温度数据；存储器用于存储高

压开关柜的温度实时数据。高压开关柜温度在线监测系统结构简图如图1所示。

图1高压开关柜温度在线监测系统结构简图

高压开关柜温度在线监测系统中温度传感器采用TI公司出品的两总线、超低功耗数字温度传感器TMP102。TMP102测温范围-40～

125℃，供电电压为1.4～3.6 V，具有12位的分辨率，测量时数据读取的精度为0.062 5℃，静态电流最大为10μA，关机模式下电流为1μA。TMP102内部集成SMBus总线和12C总线，利用12C总线与CC2530通信，通信原理图如图2所示。

图2 TMP102与CC2530通讯电路图

ZigBee网络具有网型、树型和星型三种不同的结构类型。在三种结构中网络型结构最复杂，树形结构居中，星型结构比较简单。网络型ZigBee网络由一个协调器带多个路由器和终端节点，协调器可以与网络中任意路由节点进行数据通讯。树型ZigBee网络中单个协调器节

点可以带若干个路由器节点和若干个终端节点。星型结构ZigBee网络由一个协调器节点带若干个终端节点。

3 总结

高压开关柜实时在线监测系统采用ＺｉｇＢｅｅ网络传输传感器获取到的温度信息，从而实现温度采集端与温度显示端间的高压（低压）隔离传输，温度监测系统内各个设备间无电气连续，从根本上解决高压绝缘问题，提升了温度监测系统运行安全性及可靠性。

在对比分析动触头、静触头安装方式优缺点基础上，根据变电站供电系统高压开关柜工作要求，实际过程选用动触头安装方式，从而减小温度传感器维修给高压开关柜运行带来的影响。

现场应用后，温度在线实时监测系统可对高压开关柜内各触头位置温度实时在线监测，监测精度高、运行成本低，监测结果可为后续高压开关柜运行状态判定以及维修提供一定参考。

参考文献：

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