基于无线测温的热缺陷检测系统在35kV开关柜中的应用[图]

摘要：介绍了热缺陷检测系统的技术原理、功能。对内蒙古某变电站35 kV开关柜热缺陷检测系统的应用情况进行了分析,将测温传感器安装到带电物体表面,直接测量带电物体的温度,能够在设计距离内通过非接触手段获得监测节点的温度数据,实现对高压开关柜中断路器触头和电缆接头温度的实时监测。系统的应用可有效监测并预警开关柜的发热故障,经济效益显着。

近年来，内蒙古电网的高压开关柜在高负荷运行过程中，局部过热、超温等现象时有发生，导致运行中高压开关柜故障。部分故障是因开关柜本身存在质量问题引起的，更主要的原因在于针对高压开关柜的监测缺乏有效的手段。

目前，内蒙古电网内各供电局和发电企业对高压开关柜的检测大多基于人工巡检，采用手持式红外测温仪获取开关柜内的温度数据。由于密闭式高压开关柜结构相对复杂，元件间互有遮挡，红外测温仪往往无法测得准确的温度数据，且人工方法不能实现及时监测和提前预警，一旦出现问题将引起设备严重损坏和停电事故，造成巨大的经济损失和不良的社会影响。

1 高压开关柜测温方式

1.1 现有的测温方式

针对人工巡检的不足，各科研院所和生产厂家开发了一系列新型的高压开关柜温度监测装置，一定程度上克服了人工巡检的弱点。根据测温原理，大致可以分为以下几类。

1.1.1 传统接触式测温

采用传统的接触式温度传感器（热电偶、集成温度传感器等）测温，传感器信号处理电路安装在高压母线上，电源通过感应线圈从高压母线获得，通过金属导线传输信号。

1.1.2 红外探头测温

在开关柜柜体安装若干红外测温探头，通过接收电触头的红外辐射信号来确定其温度。

1.1.3 光纤测温

在电触头表面贴装光纤温度传感器，通过光缆连接到安装于柜体的光纤解调器，由光纤解调器输出对应的温度数据。

1.1.4 无线测温

基于无线测温的热缺陷检测系统集计算机、通信、抗电磁干扰、数字传感及工业现场总线技术于一体，系统由无线温度传感器（探头）、测温通信终端、测温工作站及测温管理中心组成（见图1）。

图1 开关柜热缺陷检测系统拓扑图

系统将无线温度传感器直接安装在高压触点上，通过无线传输技术将信号传送至无线接收终端，接收装置经信号处理解码后将温度数据传送至主控计算机管理装置进行分析处理。管理装置自动生成监测点指定时间段的温度变化趋势、历史事件统计以及所需的曲线图和数据表，供运行人员参考分析。

1.2 测温方法比较分析

与热缺陷检测系统相比，其他几种测温方式具有以下的局限性。

（1）传统接触式测温方式需要将温度检测器和获取电源的感应线圈安装于高压母线上，温度传感器需要金属导线传输信号，开关柜内部空间狭小，安装较为困难，且有可能减小开关柜内部的绝缘净距，无法保证绝缘性能的稳定，因此不能在高压开关柜内的触点和电缆接头上使用。

（2）红外探头测温方式容易受开关柜内部元件对红外辐射光路遮挡的影响，不能准确测得触头温度，不适用于配电装置的在线测温。

（3）光纤测温方式目前应用较多，光纤式温度测量仪采用光纤传递信号，光纤具有易折、易断、不耐高温的缺点，在柜内布线难度较大，且造价较高，施工和检修困难，不适用于配电柜内装置测温。

2 热缺陷检测系统的工作原理

2.1 无线温度传感器（探头）

每个温度探头具有唯一的ID 号，无线传感器发送被监测点温度的同时，也传输自身的ID 号，通过控制单元完成温度探头地址数据和温度数据的发射输出。传感器与测温终端之间采用无线连接，在复杂的高压环境下不需增加额外线路，既方便了系统的安装与维护，也减少了对设备安全运行的影响。

2.2 无线接收终端

接收终端总体结构见图2 所示，主要包括无线接收模块、控制模块和电源模块3 部分。其中无线接收模块主要用于接收温度探头的无线发送数据；控制模块主要用于完成数据接收、状态管理、参数配置和数据更新等功能； 电源模块主要负责将220 V交流电转换为+9 V 直流电，分别给无线接收模块和控制模块供电。另外，为了消除高压开关柜在事故发生瞬间产生的强烈干扰，必须在各环节的设计中增加抗干扰措施。

图2 接收终端结构

（1）变电站干扰信号的主要干扰信道在20kHz~30 MHz, 系统需避开这一频带的频率，采用ISM 频段作为工作频率进行无线数据传送。

（2）为了保证数据传输的正确性，在通信码流中增加校验码。