基于無線網(wǎng)絡(luò)的10kV開關(guān)柜電纜接頭測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張子悅 姬聯(lián)合 王廣佳 沈曉潔 矯旭昌

摘 要：10kV開關(guān)柜在電網(wǎng)中起著承上啟下的作用，其安全可靠的運(yùn)行關(guān)乎著電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。在日常運(yùn)維工作中，因?yàn)榧t外測(cè)試儀器無法透過玻璃進(jìn)行測(cè)溫，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、預(yù)防設(shè)備事故異常的發(fā)生。本文提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的10kV開關(guān)柜電纜接頭測(cè)溫系統(tǒng)，能較好地適應(yīng)變電站現(xiàn)場(chǎng)需求，可廣泛應(yīng)用于10kV高壓開關(guān)柜，實(shí)現(xiàn)在線溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警，預(yù)防電網(wǎng)及設(shè)備事故。

關(guān)鍵詞：10kV開關(guān)柜；無線網(wǎng)絡(luò)；測(cè)溫系統(tǒng)

GB763-90《交流高壓電氣在長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱》中規(guī)定，10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)裸銅或裸銅合金觸指最高允許溫度為75度，但由于目前的10kV高壓開關(guān)柜運(yùn)行時(shí)是全封閉的，處于高壓帶電的狀態(tài)下，且前、后間隔可視窗口為普通玻璃，普松的透射波段不能滿足紅外的工作波段（0.15-14μm），故傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫技術(shù)不能測(cè)得10kV開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭的溫度，因此研究應(yīng)用先進(jìn)的10kV開關(guān)柜測(cè)溫技術(shù)，提高設(shè)備的巡視水平，降低巡視工作難度，對(duì)于保障電力設(shè)備安全，提高供電可靠性具有重要意義[1]。為了貫徹“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的指導(dǎo)方針，本文提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的10kV開關(guān)柜電纜接頭測(cè)溫系統(tǒng)。

1 測(cè)溫技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前測(cè)溫方法主要分為接觸式測(cè)溫以及非接觸式測(cè)溫，其中接觸式測(cè)溫包括膨脹式測(cè)溫、電量式測(cè)溫和接觸式光電、熱色測(cè)溫等幾大類，非接觸式測(cè)溫方法不需要與被測(cè)對(duì)象接觸，因而不會(huì)干擾溫度場(chǎng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性一般也很好，但是會(huì)受到被測(cè)對(duì)象表面狀態(tài)或測(cè)量介質(zhì)物性參數(shù)的影響，非接觸測(cè)溫方法主要包括輻射式測(cè)溫、光譜法測(cè)溫、激光干涉式測(cè)溫以及聲波測(cè)溫方法等[2]。下面本文對(duì)幾種常用測(cè)溫方法進(jìn)行分析與總結(jié)。

（1）示溫蠟片的顏色會(huì)隨著設(shè)備的溫度增加而變色，根據(jù)顏色估算大致的溫度范圍，但是示溫蠟片容易脫落，精度低，更無法高溫告警。

（2）紅外測(cè)溫技術(shù)，精度較高，使用方便，但是由于紅外線不能通過玻璃，所以不能對(duì)10kV開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備進(jìn)行精確測(cè)溫，并且紅外測(cè)溫儀的使用跟人員的技術(shù)水平有很大的關(guān)系，測(cè)量精度的高低影響因素較多。

（3）光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維和光纖通信技術(shù)發(fā)展的一種新的傳感技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)有不受電磁干擾，耐腐蝕，無源實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電絕緣、防爆性好，體積小、重量輕、可繞曲，靈敏度高，使用壽命長(zhǎng)，傳輸距離遠(yuǎn)，維護(hù)方便，光纖表面污染后會(huì)造成放電，對(duì)系統(tǒng)絕緣形成很大威脅[3]。

（4）無線測(cè)溫法，利用溫度傳感器以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將設(shè)備溫度通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，做出相應(yīng)的判斷以及執(zhí)行相應(yīng)的操作。此種方法，精確度高，安全性強(qiáng)，可靠性高，性價(jià)比高。

2 解決方案

針對(duì)目前XX供電公司的設(shè)備情況以及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，解決10kV開關(guān)柜后間隔電纜接頭無法測(cè)溫問題的辦法有：

（1）尋找一種可發(fā)光（用于熄燈巡視）、且粘貼牢固的示溫蠟片；

（2）將開關(guān)后間隔的玻璃換成石英、硫化鋅、硅、鍺等材質(zhì)的紅外測(cè)溫玻璃；

（3）設(shè)計(jì)一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的測(cè)溫系統(tǒng)。

根據(jù)高壓開關(guān)柜在線測(cè)溫技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，充分比較了各種測(cè)溫技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際需求，結(jié)合“智能電網(wǎng)”的發(fā)展趨勢(shì)，減少人力投入，優(yōu)化梳理工作內(nèi)容，本次項(xiàng)目將設(shè)計(jì)一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的10kV開關(guān)柜電纜接頭測(cè)溫系統(tǒng)。

3 方案總體設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)方案

將溫度測(cè)試模塊安裝在開關(guān)柜后間隔的出線電纜接頭上，通過無線通道將本變電站內(nèi)所有溫度測(cè)試模塊的溫度信息傳輸?shù)秸緝?nèi)數(shù)據(jù)采集模塊中，數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)溫度信息進(jìn)行數(shù)字化處理，將各開關(guān)柜出線接頭的溫度信息顯示出來，并對(duì)超過設(shè)定值的設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警信號(hào)通過無線通道以短信的形式發(fā)到用戶手機(jī)。

3.2 升級(jí)方案

升級(jí)方案是在基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)上，基于XX供電公司目前應(yīng)用的巡檢系統(tǒng)而開發(fā)的無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集模塊只進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)計(jì)算、顯示功能，而將所有的數(shù)據(jù)都上傳到巡檢系統(tǒng)服務(wù)器，由巡檢系統(tǒng)進(jìn)行大數(shù)據(jù)云計(jì)算[4]。

4 技術(shù)支持

在各個(gè)模塊之間是以無線網(wǎng)絡(luò)為載體通過協(xié)議幀進(jìn)行數(shù)據(jù)以及命令的傳輸，數(shù)據(jù)采集模塊作為“數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站”，與溫度測(cè)量模塊通過Zigbee的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，同時(shí)利用GPRS技術(shù)通過TCP/IP協(xié)議與設(shè)置好IP的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中MCU模塊采用ARM系列LPC1778單片機(jī)、Zigbee模塊采用CC2530單片機(jī)以及GPRS模塊采用SIM900A單片機(jī)[5]。

5 總結(jié)

本次項(xiàng)目研究目的為設(shè)計(jì)出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的10kV開關(guān)柜電纜接頭測(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備：

（1）溫度測(cè)量模塊具備相應(yīng)電壓等級(jí)的絕緣性能；

（2）溫度測(cè)量模塊通過抗電磁干擾實(shí)驗(yàn)；

（3）測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠性高、安裝方便、施工量?。?/p>

（4）能較好地適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需求，可廣泛應(yīng)用于10kV高壓開關(guān)柜；

（5）實(shí)現(xiàn)在線溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警，預(yù)防電網(wǎng)及設(shè)備事故；

（6）可對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，找出不同廠家設(shè)備或者不同運(yùn)行方式下的設(shè)備的差異性。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾振興.10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].華南理工大學(xué)，2013.

[2]楊永軍.溫度測(cè)量技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展概述[J].計(jì)測(cè)技術(shù)，2009. 29（4）：62-65.

[2]毛偉.基于ARM的紅外測(cè)溫算法及信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2014.

[3]劉文鋒，宋德杰，劉俊成，等.基于STM32的紅外測(cè)溫儀的研制[J].硬件縱橫，2012.31（2）：22-24.

[4]向乾.基于Zigbee的中壓開關(guān)柜觸頭測(cè)溫系統(tǒng)研究[D].西安工程大學(xué)，2015.

[5]黃啟良.應(yīng)用于高壓設(shè)備測(cè)溫的無線佑威器網(wǎng)絡(luò)的巧計(jì)和連現(xiàn)[D].南京郵電學(xué)，2014.