杨翠
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：针对传统高压开关柜在线测温系统存在的问题，设计了高压开关柜在线测温系统。介绍了高压开关柜在线测温系统的硬软件设计。
关键词：高压开关柜光纤光栅在线测温封闭远程
0 引言
高压开关柜对电力系统的安全可靠运行有很重要的作用，是电力系统中重要的控制设备。高压开关柜处于电压高、电流大、磁场强的工作环境中，且一般采用封闭式结构，导致其散热差、温度高，易造成设备故障。为提高电力系统工作的可靠性，保证高压开关柜正常运行，实时监控高压开关柜的温度就很有必要。受技术水平限制，传统高压开关柜在线测温系统较为落后、功能也相对简单，达不到高压开关柜实现实时远程在线测温的目标，因此需要研制能远程控制监测高压开关柜温度的系统。由于目前市场上应用较多的开关柜为新型ＫＹＮ型开关柜，其结构与传统的开关柜存在很大的差别，因此本文主要针对新型开关柜进行测温系统的研究。
1 开关柜简介及测温要求
KYN28-12型是一种铠装移开式交流盒属封闭开关柜，它在现阶段的电力行业中应用较为广泛，其特性如下：
（１）由经过多重折边工序的厚度为２ｍｍ的进口敷锌钢板作为柜体的主要组成部分，同时柜体为封闭式组装结构。
（２）KYN28-12开关柜分为母线部分、继电器部分、电缆部分以及断路器手车部分，它们被独立分割在４个功能室中。
（３）开关柜的安全防护性较高，系统的母线安放在开关柜内，并没有裸露在外面，柜体封闭，触电的可能性较小。
（４）为满足“五防”要求，提高设备的可靠性，在开关设备内安装了安全可靠的联锁装置。
KYN-12型高压开关柜实物如图１所示。
图 1 KYN-28 型高压开关柜实物图
通过实际调查发现，在高压开关柜内，很多活动节点在长时间工作后会出现接触不良等故障，导致节点电阻变大、温度升高，最终造成事故的发生。其中，开关柜内上下刀闸之间发生故障的情况比较多，因此下面将针对这些节点进行设计及调试。
2 在线测温系统整体方案
为满足变电站的现场要求，高压开关柜在线测温系统需满足以下要求：
（１）传感器要能进行温度信号的记录、显示、历史查询和报警等，且系统的容量必须超过测点数；为了避免监测过程中出线绝缘故障，要求本征无源，无电信号。
（２）系统相关指标满足变电站环境要求，达到耐压、防电磁干扰、防潮和防尘等目的。
（３）每个传感器通过光路都可和控制室的上位机相连，并将测量到的温度参数送入上位机。
综上所述，高压开关柜在线测温系统的最底层是温度传感器，经过标定的光纤光栅温度传感器安装到故障多发点，并将其与耦合器相连，如图２所示。光纤光栅传感器与多路开光相连并通过多路开关连接到主机上，及时将温度数据传送到系统。
图 2 高压开关柜在线测温系统总体架构原理图
测温单元核心为光纤温度传感器、光纤传输线以及信息采集器，其中光纤传输线用来连接光纤传感器和信息采集器。信息采集器通常包括可调谐光源、耦合器、分路器、光电转换模块和信号处理与控制模块等，其中可调谐光源一般由宽带光源和可调谐滤波器实现。测温单元工作时，可调谐光源发射激励光信号，通过光纤传输线经耦合器和分路器传输到光纤传感器，光纤传感器反射与自身环境温度对应的光信号；反射回的光信号通过光纤传输线经分路器、耦合器、光电转换模块和信号处理与控制模块等传送至上级设备，变为数字量，再利用网络通信送至上位机，进行显示和报警等。
3 传感器的现场安装
考虑到各温度传感器在光转换敏感性上都有很大的不同，因此必须为每个温度传感器分配对应的编号名称。设备安装调试时，可通过不同的编号获取各传感器的空间地址，并分别结合其实际情况进行修正调试。
（１）首先明确被测对象的空间布局，根据其布局情况选择相应的温度传感器安置位置，并对传感器编号调好位置表。
（２）核实测点处被测对象的表面是否有灰尘，以及传感器感应面是否光洁，若不够光滑则需要对其进行相应的清洁工作。
（３）一切工作准备就绪后，调制黏合剂将传感器与被测对象结合在一起。
（４）在黏合剂将传感器和被测对象粘合之后，用专用胶带将其进行加固处理，同时要保证传感器表面不要有额外压力。
（５）传感器线路的走线要与开关柜相适应，在安全可靠的前提下尽量使走线规则、美观，便于日后维护检修。
另外，安装时还应该注意以下几点：
（１）在光纤光栅温度传感器与被检测对象进行对应固定时，使用的黏合剂必须要有良好的散热性能。其次，为了避免其它信号对采集数据的干扰影响，必须对外部的电能冲击或者静电进行隔离，所以在要求传感器具有较强导热能力的同时还必须具有较好的绝缘效果。
（２）安装穿墙套管，用作母排与柜体或者墙体之间的绝缘。在这些地方安装光纤光栅温度传感器时，就需要在穿墙套管上凿出安装传感器的槽孔。安装完成之后必须将毛刺打磨光滑，以有效避免尖端放电影响套管绝缘性能。
（３）在布置信号传输线时，必须注意信号线的走向不能过于弯曲或者交叉。在必须进行弯曲转向时，弯曲部分的曲率半径必须大于0.03ｍ。
4 系统软件功能模块设计
高压开关柜在线测温系统由用户管理模块、数据采集模块、实时数据显示模块、历史查询模块、ＣＤＴ通信模块组成，如图３所示。
图 3 系统功能模块结构图
（１）用户管理模块。用户管理模块中，需要设定报警值及采样时间、采样频率，另外还要对光开关的通道和ＣＤＴ参数进行设置。只有获得系统授权的用户才有对系统进行操作的权利。
（２）数据采集模块。①光开关切换。现场具体测点数量决定了光开关通道一般有１０～２４路，通道的切换由串口控制。②解调仪读取数据。解调仪中的波长数据是通过计算机串口读取的。③数据存储。数据库中有特定时期的波长数据表，用来存储从解调仪中读取的数据。通过触发触发器将数据转变为相应的温度，并可插入过去的温度数据表和临时数据表。
（３）实时数据显示模块。①各测点平面图实时刷新。实时刷新和各测点的实际温度位置是一一对应的，并通过平面图中相应的背景颜色来判断是正常状态还是报警状态，从而直观形象地识别出各测点的运行状况。②实时列表显示。用表格数据将不同的测点数据显示出来，不同的状态对应不同的背景颜色，从而区分不同测量点的状态。当列表窗口打开时，系统进行实时刷新；而关闭时则停止刷新，从而节约系统内存。③实时曲线显示。通过曲线形式显示每个测量点在３０分钟内的温度变化，以便在现场监控温度的走向。④实时报警显示。当一个新的报警值或者一个新的故障检测点出现时，就会有附带报警声的警告窗口弹出，以便及时处理。
（４）历史查询模块。通过历史查询模块可实现历史数据的查询及显示。该模块有按单测点查询的模式和按开关柜查询的模式两类，可按列表或按曲线显示结果，并都可以进行报表打印。
（５）ＣＤＴ通信模块。通信协议应适应调度中心的要求，符合国家标准。循环遥控ＣＤＴ协议选择与场景与国家标准一致。
5 安科瑞无线测温系统介绍与选型
安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款专业的无线测温软件。
5.1 Acrel-2000T无线测温系统结构
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信（如图4），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。
Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、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。
Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。
图4 Acrel-2000T无线测温系统结构图
5.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
■温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
a.弹岀事件报驚窗口.
C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
■历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。
■定值设置
用于修改高温定值、超温定值。
■WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。
能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。
运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。
5.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图5）。
图5 电气接点在线测温结构图
5.3.1 安科瑞无线温度传感器
无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。
无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。5.3.2 安科瑞无线收发器
显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。5.3.3 安科瑞显示终端
6 结束语
高压开关柜在线测温系统在南充电业局的实际应用及测试表明该系统还存在缺陷：传感器封装过程中，由于操作水平和生产水平的限制，光纤光栅容易在生产过程中损坏，因此需要找到合适的保护装置保护传感器探头以及光栅材料；另外，在现有信息安全要求下，开关柜测温数据是否可纳入集中监控系统尚需规范，若测温装置不纳入集中监控系统而在各变电站配置后台系统，大检修体系建立后，变电运维无监盘职能，测温数据监控将存在问题。
【参考文献】
[1] 靳卫国,张小刚,高远.基于光纤传感的高压开关柜温度监测原理与设计［Ｊ］．装备制造技术,2010(12):45-47.
[2] 陈 伟,张思学,林妍君.高压开关柜在线测温系统的研究.
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
作者简介：杨翠，女，安科瑞电气股份有限公司，主要从事无线测温系统的研发与应用，Email: 2885268959@qq.com，手机：18721098078（同微信），QQ:2885268959