安科瑞 鮑靜君

　　摘要：針對傳統高壓開關柜在線測溫系統存在的問題，設計了高壓開關柜在線測溫系統。介紹了高壓開關柜在線測溫系統的硬軟件設計。

　　關鍵詞：高壓開關柜光纖光柵在線測溫封閉遠程

　　0 引言

　　高壓開關柜對電力系統的安全可靠運行有很重要的作用，是電力系統中重要的控制設備。高壓開關柜處于電壓高、電流大、磁場強的工作環境中，且一般采用封閉式結構，導致其散熱差、溫度高，易造成設備故障。為提高電力系統工作的可靠性，保證高壓開關柜正常運行，實時監控高壓開關柜的溫度就很有必要。受技術水平限制，傳統高壓開關柜在線測溫系統較為落后、功能也相對簡單，達不到高壓開關柜實現實時遠程在線測溫的目標，因此需要研制能遠程控制監測高壓開關柜溫度的系統。由于目前市場上應用較多的開關柜為新型ＫＹＮ型開關柜，其結構與傳統的開關柜存在很大的差別，因此本文主要針對新型開關柜進行測溫系統的研究。

　　1 開關柜簡介及測溫要求

　　KYN28-12型是一種鎧裝移開式交流盒屬封閉開關柜，它在現階段的電力行業中應用較為廣泛，其特性如下：

　　（１）由經過多重折邊工序的厚度為２ｍｍ的進口敷鋅鋼板作為柜體的主要組成部分，同時柜體為封閉式組裝結構。

　　（２）KYN28-12開關柜分為母線部分、繼電器部分、電纜部分以及斷路器手車部分，它們被獨立分割在４個功能室中。

　　（３）開關柜的安全防護性較高，系統的母線安放在開關柜內，并沒有裸露在外面，柜體封閉，觸電的可能性較小。

　　（４）為滿足“五防”要求，提高設備的可靠性，在開關設備內安裝了安全可靠的聯鎖裝置。

　　KYN-12型高壓開關柜實物如圖１所示。

圖 1 KYN-28 型高壓開關柜實物圖

　　通過實際調查發現，在高壓開關柜內，很多活動節點在長時間工作后會出現接觸不良等故障，導致節點電阻變大、溫度升高，造成事故的發生。其中，開關柜內上下刀閘之間發生故障的情況比較多，因此下面將針對這些節點進行設計及調試。

　　2 在線測溫系統整體方案

　　為滿足變電站的現場要求，高壓開關柜在線測溫系統需滿足以下要求：

　　（１）傳感器要能進行溫度信號的記錄、顯示、歷史查詢和報警等，且系統的容量超過測點數；為了避免監測過程中出線絕緣故障，要求本征無源，無電信號。

　　（２）系統相關指標滿足變電站環境要求，達到耐壓、防電磁干擾、防潮和防塵等目的。

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

　　綜上所述，高壓開關柜在線測溫系統的底層是溫度傳感器，經過標定的光纖光柵溫度傳感器安裝到故障多發點，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連接到主機上，及時將溫度數據傳送到系統。

圖 2 高壓開關柜在線測溫系統總體架構原理圖

　　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諧光源、耦合器、分路器、光電轉換模塊和信號處理與控制模塊等，其中可調諧光源一般由寬帶光源和可調諧濾波器實現。測溫單元工作時，可調諧光源發射激勵光信號，通過光纖傳輸線經耦合器和分路器傳輸到光纖傳感器，光纖傳感器反射與自身環境溫度對應的光信號；反射回的光信號通過光纖傳輸線經分路器、耦合器、光電轉換模塊和信號處理與控制模塊等傳送至上級設備，變為數字量，再利用網絡通信送至上位機，進行顯示和報警等。

　　3 傳感器的現場安裝

　　考慮到各溫度傳感器在光轉換敏感性上都有很大的不同，因此為每個溫度傳感器分配對應的編號名稱。設備安裝調試時，可通過不同的編號獲取各傳感器的空間地址，并分別結合其實際情況進行修正調試。

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

　　（２）核實測點處被測對象的表面是否有灰塵，以及傳感器感應面是否光潔，若不夠光滑則需要對其進行相應的清潔工作。

　　（３）一切工作準備就緒后，調制黏合劑將傳感器與被測對象結合在一起。

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

　　（５）傳感器線路的走線要與開關柜相適應，在安全可靠的前提下盡量使走線規則、美觀，便于日后維護檢修。

　　另外，安裝時還應該注意以下幾點：

　　（１）在光纖光柵溫度傳感器與被檢測對象進行對應固定時，使用的黏合劑要有良好的散熱性能。其次，為了避免其它信號對采集數據的干擾影響，對外部的電能沖擊或者靜電進行隔離，所以在要求傳感器具有較強導熱的能力的同時還具有較好的絕緣效果。

　　（２）安裝穿墻套管，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，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）在布置信號傳輸線時，注意信號線的走向不能過于彎曲或者交叉。在進行彎曲轉向時，彎曲部分的曲率半徑大于0.03ｍ。

　　4 系統軟件功能模塊設計

　　高壓開關柜在線測溫系統由用戶管理模塊、數據采集模塊、實時數據顯示模塊、歷史查詢模塊、ＣＤＴ通信模塊組成，如圖３所示。

圖 3 系統功能模塊結構圖

　　（１）用戶管理模塊。用戶管理模塊中，需要設定報警值及采樣時間、采樣頻率，另外還要對光開關的通道和ＣＤＴ參數進行設置。只有獲得系統授權的用戶才有對系統進行操作的權利。

　　（２）數據采集模塊。①光開關切換。現場具體測點數量決定了光開關通道一般有１０～２４路，通道的切換由串口控制。②解調儀讀取數據。解調儀中的波長數據是通過計算機串口讀取的。③數據存儲。數據庫中有特定時期的波長數據表，用來存儲從解調儀中讀取的數據。通過觸發觸發器將數據轉變為相應的溫度，并可插入過去的溫度數據表和臨時數據表。

　　（３）實時數據顯示模塊。①各測點平面圖實時刷新。實時刷新和各測點的實際溫度位置是一一對應的，并通過平面圖中相應的背景顏色來判斷是正常狀態還是報警狀態，從而直觀形象地識別出各測點的運行狀況。②實時列表顯示。用表格數據將不同的測點數據顯示出來，不同的狀態對應不同的背景顏色，從而區分不同測量點的狀態。當列表窗口打開時，系統進行實時刷新；而關閉時則停止刷新，從而節約系統內存。③實時曲線顯示。通過曲線形式顯示每個測量點在３０分鐘內的溫度變化，以便在現場監控溫度的走向。④實時報警顯示。當一個新的報警值或者一個新的故障檢測點出現時，就會有附帶報警聲的警告窗口彈出，以便及時處理。

　　（４）歷史查詢模塊。通過歷史查詢模塊可實現歷史數據的查詢及顯示。該模塊有按單測點查詢的模式和按開關柜查詢的模式兩類，可按列表或按曲線顯示結果，并都可以進行報表打印。

　　（５）ＣＤＴ通信模塊。通信協議應適應調度中心的要求，符合國家標準。循環遙控ＣＤＴ協議選擇與場景與國家標準一致。

　　5 安科瑞無線測溫系統介紹與選型

　　安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款無線測溫軟件。

　　5.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖4），系統設計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有*的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。

圖4 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖

　　5.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能

　　■實時監測

　　Acrel-2000T無線測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、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）

　　■運行報表

　　查詢各回路設備運行溫度報表.

　　■實時報警

　　壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出告警。

　　■設備提供以下凡種告警方式：

　　a.彈岀事件報驚窗口.

　　b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.

　　C.短信吿警.

　　■歷史告警査詢

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

　　■用戶權限管理

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。

　　通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

　　■定值設置

　　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量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

　　實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

　　接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

　　能耗統計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，電能環比，用電排名。

　　運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。

　　■手機APP（可選）

　　設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。

　　5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型

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

圖5 電氣接點在線測溫結構圖

　　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。

　　無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。5.3.2 安科瑞無線收發器

　　顯示裝置通過RS485連接收發器，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。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。5.3.3 安科瑞顯示終端

　　6 結束語

　　高壓開關柜在線測溫系統在南充電業局的實際應用及測試表明該系統還存在缺陷：傳感器封裝過程中，由于操作水平和生產水平的限制，光纖光柵容易在生產過程中損壞，因此需要找到合適的保護裝置保護傳感器探頭以及光柵材料；另外，在現有信息安全要求下，開關柜測溫數據是否可納入集中監控系統尚需規范，若測溫裝置不納入集中監控系統而在各變電站配置后臺系統，大檢修體系建立后，變電運維無監盤職能，測溫數據監控將存在問題。