安科瑞 鮑靜君

　　摘要：針對傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)。介紹了高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計(jì)。

　　關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜光纖光柵在線測溫封閉遠(yuǎn)程

　　0 引言

　　高壓開關(guān)柜對電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有很重要的作用，是電力系統(tǒng)中重要的控制設(shè)備。高壓開關(guān)柜處于電壓高、電流大、磁場強(qiáng)的工作環(huán)境中，且一般采用封閉式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其散熱差、溫度高，易造成設(shè)備故障。為提高電力系統(tǒng)工作的可靠性，保證高壓開關(guān)柜正常運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓開關(guān)柜的溫度就很有必要。受技術(shù)水平限制，傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)較為落后、功能也相對簡單，達(dá)不到高壓開關(guān)柜實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程在線測溫的目標(biāo)，因此需要研制能遠(yuǎn)程控制監(jiān)測高壓開關(guān)柜溫度的系統(tǒng)。由于目前市場上應(yīng)用較多的開關(guān)柜為新型ＫＹＮ型開關(guān)柜，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的開關(guān)柜存在很大的差別，因此本文主要針對新型開關(guān)柜進(jìn)行測溫系統(tǒng)的研究。

　　1 開關(guān)柜簡介及測溫要求

　　KYN28-12型是一種鎧裝移開式交流盒屬封閉開關(guān)柜，它在現(xiàn)階段的電力行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，其特性如下：

　?。ǎ保┯山?jīng)過多重折邊工序的厚度為２ｍｍ的進(jìn)口敷鋅鋼板作為柜體的主要組成部分，同時(shí)柜體為封閉式組裝結(jié)構(gòu)。

　?。ǎ玻㎏YN28-12開關(guān)柜分為母線部分、繼電器部分、電纜部分以及斷路器手車部分，它們被獨(dú)立分割在４個(gè)功能室中。

　?。ǎ常╅_關(guān)柜的安全防護(hù)性較高，系統(tǒng)的母線安放在開關(guān)柜內(nèi)，并沒有裸露在外面，柜體封閉，觸電的可能性較小。

　?。ǎ矗闈M足“五防”要求，提高設(shè)備的可靠性，在開關(guān)設(shè)備內(nèi)安裝了安全可靠的聯(lián)鎖裝置。

　　KYN-12型高壓開關(guān)柜實(shí)物如圖１所示。

圖 1 KYN-28 型高壓開關(guān)柜實(shí)物圖

　　通過實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在高壓開關(guān)柜內(nèi)，很多活動(dòng)節(jié)點(diǎn)在長時(shí)間工作后會(huì)出現(xiàn)接觸不良等故障，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電阻變大、溫度升高，造成事故的發(fā)生。其中，開關(guān)柜內(nèi)上下刀閘之間發(fā)生故障的情況比較多，因此下面將針對這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及調(diào)試。

　　2 在線測溫系統(tǒng)整體方案

　　為滿足變電站的現(xiàn)場要求，高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)需滿足以下要求：

　?。ǎ保﹤鞲衅饕苓M(jìn)行溫度信號(hào)的記錄、顯示、歷史查詢和報(bào)警等，且系統(tǒng)的容量超過測點(diǎn)數(shù)；為了避免監(jiān)測過程中出線絕緣故障，要求本征無源，無電信號(hào)。

　?。ǎ玻┫到y(tǒng)相關(guān)指標(biāo)滿足變電站環(huán)境要求，達(dá)到耐壓、防電磁干擾、防潮和防塵等目的。

　　（３）每個(gè)傳感器通過光路都可和控制室的上位機(jī)相連，并將測量到的溫度參數(shù)送入上位機(jī)。

　　綜上所述，高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)的底層是溫度傳感器，經(jīng)過標(biāo)定的光纖光柵溫度傳感器安裝到故障多發(fā)點(diǎn)，并將其與耦合器相連，如圖２所示。光纖光柵傳感器與多路相連并通過多路開關(guān)連接到主機(jī)上，及時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)。

圖 2 高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)總體架構(gòu)原理圖

　　測溫單元核心為光纖溫度傳感器、光纖傳輸線以及信息采集器，其中光纖傳輸線用來連接光纖傳感器和信息采集器。信息采集器通常包括可調(diào)諧光源、耦合器、分路器、光電轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理與控制模塊等，其中可調(diào)諧光源一般由寬帶光源和可調(diào)諧濾波器實(shí)現(xiàn)。測溫單元工作時(shí)，可調(diào)諧光源發(fā)射激勵(lì)光信號(hào)，通過光纖傳輸線經(jīng)耦合器和分路器傳輸?shù)焦饫w傳感器，光纖傳感器反射與自身環(huán)境溫度對應(yīng)的光信號(hào)；反射回的光信號(hào)通過光纖傳輸線經(jīng)分路器、耦合器、光電轉(zhuǎn)換模塊和信號(hào)處理與控制模塊等傳送至上級設(shè)備，變?yōu)閿?shù)字量，再利用網(wǎng)絡(luò)通信送至上位機(jī)，進(jìn)行顯示和報(bào)警等。

　　3 傳感器的現(xiàn)場安裝

　　考慮到各溫度傳感器在光轉(zhuǎn)換敏感性上都有很大的不同，因此為每個(gè)溫度傳感器分配對應(yīng)的編號(hào)名稱。設(shè)備安裝調(diào)試時(shí)，可通過不同的編號(hào)獲取各傳感器的空間地址，并分別結(jié)合其實(shí)際情況進(jìn)行修正調(diào)試。

　　（１）首先明確被測對象的空間布局，根據(jù)其布局情況選擇相應(yīng)的溫度傳感器安置位置，并對傳感器編號(hào)調(diào)好位置表。

　?。ǎ玻┖藢?shí)測點(diǎn)處被測對象的表面是否有灰塵，以及傳感器感應(yīng)面是否光潔，若不夠光滑則需要對其進(jìn)行相應(yīng)的清潔工作。

　?。ǎ常┮磺泄ぷ鳒?zhǔn)備就緒后，調(diào)制黏合劑將傳感器與被測對象結(jié)合在一起。

　　（４）在黏合劑將傳感器和被測對象粘合之后，用膠帶將其進(jìn)行加固處理，同時(shí)要保證傳感器表面不要有額外壓力。

　?。ǎ担﹤鞲衅骶€路的走線要與開關(guān)柜相適應(yīng)，在安全可靠的前提下盡量使走線規(guī)則、美觀，便于日后維護(hù)檢修。

　　另外，安裝時(shí)還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

　?。ǎ保┰诠饫w光柵溫度傳感器與被檢測對象進(jìn)行對應(yīng)固定時(shí)，使用的黏合劑要有良好的散熱性能。其次，為了避免其它信號(hào)對采集數(shù)據(jù)的干擾影響，對外部的電能沖擊或者靜電進(jìn)行隔離，所以在要求傳感器具有較強(qiáng)導(dǎo)熱的能力的同時(shí)還具有較好的絕緣效果。

　?。ǎ玻┌惭b穿墻套管，用作母排與柜體或者墻體之間的絕緣。在這些地方安裝光纖光柵溫度傳感器時(shí)，就需要在穿墻套管上鑿出安裝傳感器的槽孔。安裝完成之后將毛刺打磨光滑，以避免放電影響套管絕緣性能。

　　（３）在布置信號(hào)傳輸線時(shí)，注意信號(hào)線的走向不能過于彎曲或者交叉。在進(jìn)行彎曲轉(zhuǎn)向時(shí)，彎曲部分的曲率半徑大于0.03ｍ。

　　4 系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)

　　高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)由用戶管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊、歷史查詢模塊、ＣＤＴ通信模塊組成，如圖３所示。

圖 3 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

　　（１）用戶管理模塊。用戶管理模塊中，需要設(shè)定報(bào)警值及采樣時(shí)間、采樣頻率，另外還要對光開關(guān)的通道和ＣＤＴ參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。只有獲得系統(tǒng)授權(quán)的用戶才有對系統(tǒng)進(jìn)行操作的權(quán)利。

　?。ǎ玻?shù)據(jù)采集模塊。①光開關(guān)切換?，F(xiàn)場具體測點(diǎn)數(shù)量決定了光開關(guān)通道一般有１０～２４路，通道的切換由串口控制。②解調(diào)儀讀取數(shù)據(jù)。解調(diào)儀中的波長數(shù)據(jù)是通過計(jì)算機(jī)串口讀取的。③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫中有特定時(shí)期的波長數(shù)據(jù)表，用來存儲(chǔ)從解調(diào)儀中讀取的數(shù)據(jù)。通過觸發(fā)觸發(fā)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的溫度，并可插入過去的溫度數(shù)據(jù)表和臨時(shí)數(shù)據(jù)表。

　　（３）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模塊。①各測點(diǎn)平面圖實(shí)時(shí)刷新。實(shí)時(shí)刷新和各測點(diǎn)的實(shí)際溫度位置是一一對應(yīng)的，并通過平面圖中相應(yīng)的背景顏色來判斷是正常狀態(tài)還是報(bào)警狀態(tài)，從而直觀形象地識(shí)別出各測點(diǎn)的運(yùn)行狀況。②實(shí)時(shí)列表顯示。用表格數(shù)據(jù)將不同的測點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示出來，不同的狀態(tài)對應(yīng)不同的背景顏色，從而區(qū)分不同測量點(diǎn)的狀態(tài)。當(dāng)列表窗口打開時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新；而關(guān)閉時(shí)則停止刷新，從而節(jié)約系統(tǒng)內(nèi)存。③實(shí)時(shí)曲線顯示。通過曲線形式顯示每個(gè)測量點(diǎn)在３０分鐘內(nèi)的溫度變化，以便在現(xiàn)場監(jiān)控溫度的走向。④實(shí)時(shí)報(bào)警顯示。當(dāng)一個(gè)新的報(bào)警值或者一個(gè)新的故障檢測點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)，就會(huì)有附帶報(bào)警聲的警告窗口彈出，以便及時(shí)處理。

　　（４）歷史查詢模塊。通過歷史查詢模塊可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢及顯示。該模塊有按單測點(diǎn)查詢的模式和按開關(guān)柜查詢的模式兩類，可按列表或按曲線顯示結(jié)果，并都可以進(jìn)行報(bào)表打印。

　?。ǎ担茫模酝ㄐ拍K。通信協(xié)議應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。循環(huán)遙控ＣＤＴ協(xié)議選擇與場景與國家標(biāo)準(zhǔn)一致。

　　5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

　　安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的一款無線測溫軟件。

　　5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖4），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖4 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

　　■實(shí)時(shí)監(jiān)測

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

　　■溫度查詢

　　溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

　　■運(yùn)行報(bào)表

　　查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

　　■實(shí)時(shí)報(bào)警

　　壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

　　■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

　　a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

　　b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

　　C.短信吿警.

　　■歷史告警査詢

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

　　■用戶權(quán)限管理

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

　　通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

　　■定值設(shè)置

　　用于修改高溫定值、超溫定值。

　　■WEB（可選）

　　展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

　　接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

　　能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

　　運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

　　■手機(jī)APP（可選）

　　設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

　　5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

　　安科瑞電氣接點(diǎn)無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖5）。

圖5 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖

　　5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

　　無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

　　無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。5.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

　　顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。5.3.3 安科瑞顯示終端

　　6 結(jié)束語

　　高壓開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)在南充電業(yè)局的實(shí)際應(yīng)用及測試表明該系統(tǒng)還存在缺陷：傳感器封裝過程中，由于操作水平和生產(chǎn)水平的限制，光纖光柵容易在生產(chǎn)過程中損壞，因此需要找到合適的保護(hù)裝置保護(hù)傳感器探頭以及光柵材料；另外，在現(xiàn)有信息安全要求下，開關(guān)柜測溫?cái)?shù)據(jù)是否可納入集中監(jiān)控系統(tǒng)尚需規(guī)范，若測溫裝置不納入集中監(jiān)控系統(tǒng)而在各變電站配置后臺(tái)系統(tǒng)，大檢修體系建立后，變電運(yùn)維無監(jiān)盤職能，測溫?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控將存在問題。