10kV高压开关柜在线测温技术以及选型

安科瑞冯东铖  17821170233

摘要：随着时代的发展，越来越多的设备逐渐走向智能化，变电站也是如此。在智能化变电站中，分析其基本结构以及基本运行方式，进而能实现10kV高压开关柜在线测温技术的投入使用。本文在这前提下，主要介绍10kV高压开关柜在线测温技术的重要内容，同时分析该技术的实际应用过程，期望以供参考。

关键词：智能化变电站；测量温度；高压

0引言

智能化变电站主要是电力系统直接向10kV配电网合理分配电气的设备，在时间较长的条件下，部分高压开关柜很可能通过4000A的电流。在较高的工作电流和高压开关柜内部各插头发生位置偏移、动静触头较为松动、不合理的用料等因素的影响下，造成相应的电阻明显增加，进而导致10kV高压开关柜的内部严重发热。我国对10kV高压开关柜具有严格规定（提供的产品应该符合国家鉴定文件或同有效证明文件）：如果超过允许的温度值，则会严重影响10kV高压开关柜的运行效率，从而造成事故。因此，采取有效的在线测温技术，准确、实时监测10kV高压开关柜的内部温度是至关重要的。

1 10kV高压开关柜在线测温技术的基本内容与特点

一般情况下，10kV高压开关柜的柜体是全封闭式，其柜内所含有的空间范围很小，柜中包含较多的设备，造成电气设备之间的安全距离很短，这在一定程度上导致测温工作难度明显增加。传统测温技术（温度传感器传送被监测点温度时，将自身编号ID也进行传输，当传输到计算器时，则会自动显示各监测点温度）大多存在或多或少的问题，如果使用传统测温技术对10kV高压开关进行测温操作，一般不能达到良好的效果。因此，研究新型在线测温系统是很有必要的。

1.1原理

10kV高压开关柜在线测温技术的工作原理为：采集器通过利用天线对SAW（表面声波）传感器传输无线电磁波信号，该传感器收到电池波信号后，叉指换能器（广泛应用的有效瑞利表面波换能器）就会引发声表面波，使得声表面波能顺着电压基材表面传递到反射区，再传递回叉指换能器，让叉指换能器利用天线，对采集器发射反向电磁波，采集器进行接收即可[1]。

1.2构成系统

1.2.1站控层

站控层主要是由SCADA（监控与数据采集技术）系统和站内监控磁通共同构成，主要功能表现在：实现站内能进行实时监测，同时远程高压开关柜能被应用，使其得到好的使用效果。

1.2.2间隔层

间隔层是测温系统重要的集中服务器。一般情况下，各站内往往都会设置一台集中服务器，充分利用RS485总线的重要方法，将各高压开关柜的温度采集器紧密的联系在一起，同时整理并对站内开关柜所有温度信息进行分类，并在间隔层需要提供以103/104为标准的通信规章制度，使得各站控层间能有效完成沟通交流。其次，集中服务器应该及时提供24V的输出电源（利用散热片，用DC-DC转换器），便于采集器能长期正常工作。

1.2.3过程层

过程层主要是由传感器和天线构成。传感器需要在高压待测温点下能进行安装，比如接头开关、进线母线接点和电缆出线接点等方面。

1.3 10kV高压开关柜在线测温技术的特征分析

1.3.1 10kV高压开关柜在线测温技术的优缺点

随着我国科学技术的不断发展，10kV高压输电系统中，较为常见的主要有XGN开关柜和KYN开关柜两种类型，其组成部分主要包括隔离开关、电缆接点以及断路装置等内容。但是如果长期放置开关柜，在开关柜内易产生一些杂物，如灰尘，其自身较为微小、不可避免，这些较小的灰尘和杂物会直接影响开关柜内部结构，导致其设备不能正常工作。因此，清洁这些电气设备内部也逐渐成为重要的问题。除此之外，柜内清洁不仅是是重要问题，合理控制开关柜内部湿度也是重要问题。湿度如果过大，柜内潮气也会较为严重，这样也会导致高压开关柜不能正常进行工作。一般来说，在XGN开关柜中，在导电的位置需要做相应的绝缘热缩处理。简单说，在XGN开关柜中，需要采用绝缘层覆盖住整个需要进行测温的重要部分，在这种前提条件下，相关的检测人员不能在开关柜外对设备内部展开测温工作，这样无法及时了解开关柜实际内部情况。因此，在恶劣环境的影响下，要想充分发挥在线测温技术的实际应用，要有效提升其抗干扰能力，同时提升其负荷能力，保障测温数据的真实与完整。

1.3.2开关柜内部原有电气元件注意要点

10kV高压开关柜的内部较为复杂，进而需要大量的电气元件量，并且不同电气元件具有自身工作原理和注意事项。但是运行这些电气设备需要从实际情况出发，不同电气设备的运行状态和运行程序存在较为显著的差异，相关工作人员应该选择较为实用的方法合理使用高压开关柜。因此，基于这种情况，要想确保相应的测温工作能顺利正常的运行，在实际安装工作中，一些相应的注意事项需要特别注意。比如工作人员在安装开关柜时，安装开关柜电气设备自身元件要特别注意，防止在安装过程时损坏部分元件，只有这样做，才能确保其能正常运行，同时还能充分发挥自身性能，只有在安装过程中注意点滴小事，才能让高压开关柜发挥自身性能[2]。

2 10kV高压开关柜在线测温技术的现状分析

2.1红外测温法

红外测温法原理：详细测量检测系统，其是在非直接接触测量方法中较为典型方法。目前红外测温仪使用较为方便，大多数同时还具备扩展功能，如自主进行拍照和自动寻找温度点等功能，在现代化电力行业中得到较为广泛的应用。但对10kV开关柜来说，受到开关柜内部元件及绝缘体的影响，很可能阻挡红外线，导致测温工作难度加大，不能保证测量结果，在进行校正时会出现诸多麻烦，进而导致其通用性较低，仅仅适用于早期10kV开关柜测温工作，并不能应用于目前较为常用的全封闭式金属开关柜中。

2.2光纤测温法

光纤测温法原理：光源发出光经过放大后，则由光纤到达传感器热敏材料部分，每个传感器反射会窄谱脉冲光信号。该测温技术是近几年研究开发的测温技术，其在开关柜内存在的电气元件进行测温的过程中，具有与检测设备紧密接触的优势。随着光纤的被广泛的使用，在很大程度上便于测温工作顺利进行，同时能抵抗附近周围的电磁环境，并且能避免损坏开关柜内部机械元件的特性，具有辐射强、电压高、侵蚀性大等特点。在电磁影响等恶劣环境下，其能够实现连续不间断顺利进行测温工作，这是其他测温技术不能实现方法，进而非常适合10kV高压开关柜中的测温工作。

2.3无线测温法

无线测温法的原理：利用其固有的绝缘性以及抗电磁场干扰性能，安装到每个高压开关柜上，直接显示读取的数据。无线测温法是新型的一种测温方法。对于这种测温方法来说，在每个测温点上已被直接作用分散式测温设备。但在设立过程中，接收温度信息设备需要在设立位置与开关柜之间保留一定距离，可以利用无线技术进行沟通交流，从而完成高压分离工作与绝缘工作。但是，无限测温技术也存在或多或少的问题，其中较为显著的就是测温设备稳定性的问题。这种装置大多使用电流感应式电源，该电源的能量大小会因为电力荷载发生变化而进行变化，如果电力荷载变化情况过大，则会大幅度改变能量幅度，进而可能会引起测温装工作时出现断电的情况[3]。

3安科瑞无线测温系统

3.1系统结构

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

温度在线监测系统结构图

3.2系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

运行报表：查询及打印各测温点时间的温度数据。

实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

3.3系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

名称	外形	型号	参数说明
系统组态软件		Acrel-2000/T	硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。 显示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约
智能通信管理机		Anet-2E4SM	通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。
无线测温集中采集设备		Acrel-2000T/A	壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200（单位mm）
		Acrel-2000T/B	硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm)
显示终端		ATP007 ATP010	DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。
		ARTM-Pn	面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
		ASD320 ASD300	面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
智能温度巡检仪		ARTM-8	开孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温；
		ARTM-24	35MM导轨安装； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温；
无线收发器		ATC450-C	可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。
		ATC600	ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。
电池型无线测温传感器		ATE100M	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。
		ATE200	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
		ATE200P	电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。
CT取电型无线测温传感器		ATE400	CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。
有线温度传感器		PT100	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100
		NTC	用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好

4结束语

综上所述，目前我国科学技术水平逐渐呈现上升趋势，科技也在迅速发展，相关的科学研究也逐渐智能化。10kV高压开关柜在智能化变电站中被广泛应用，改革创新科技发展的同时，还要保持其安全性。利用10kV高压开关柜不仅有利于技术进步，同时能便于人们日常生活。因此，要加大物力、人力于高压开关柜的研究中，让其向着更好更快的方向发展。

参考文献：

[1]蔡润强.浅谈智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术

[2]成洋.智能化变电站高压开关柜在线监测技术研究[J].自动化与仪器仪表，2016（9）：108-109.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版

[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10

审核编辑 黄宇