高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)的研究

高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)的研究
1　引言 
　　現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能的依賴性極高，用電密度越大的地區(qū)對(duì)電的依賴性越高，因而對(duì)供電設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求。做為目前普遍使用的小車式開關(guān)柜由于斷路器與開關(guān)柜之間采用插頭聯(lián)接，當(dāng)小車與開關(guān)柜因制造、運(yùn)輸及安裝不良等都將引起觸頭接觸不良，接觸電阻增大，出現(xiàn)觸頭溫升過高，甚至燒毀，造成停電，這些現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜如進(jìn)線柜上尤為突出，且影響極大。為避免此類事故的發(fā)生，開發(fā)一種能即時(shí)監(jiān)測(cè)觸頭溫升的裝置顯得非常迫切(國(guó)外已有個(gè)別公司開發(fā)了這類產(chǎn)品)。 亮度計(jì)| 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計(jì)| 粒子計(jì)數(shù)器| 粉塵計(jì)
　　由于高壓開關(guān)觸頭處于高電壓、高溫度、強(qiáng)磁場(chǎng)以及極強(qiáng)的電磁干擾環(huán)境中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)觸頭的測(cè)溫，必須解決電子測(cè)量裝置在上述惡劣環(huán)境條件下的適應(yīng)性。目前測(cè)溫工作方式基本上采用被動(dòng)式測(cè)溫或主動(dòng)式測(cè)溫兩種形式。
　　被動(dòng)式測(cè)溫采用接收被測(cè)量點(diǎn)幅射出的遠(yuǎn)紅外波，通過判斷遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)來確定測(cè)量點(diǎn)溫度；而主動(dòng)式測(cè)溫則是通過埋設(shè)在測(cè)量點(diǎn)的溫度傳感器直接測(cè)量溫度。
　　被動(dòng)式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于通過凸透鏡直接接收測(cè)量點(diǎn)發(fā)出的遠(yuǎn)紅外波，接收器(傳感器)可遠(yuǎn)離測(cè)量點(diǎn)，解決了高壓隔離以及傳感器環(huán)境溫度高的問題，測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；其缺點(diǎn)是只可測(cè)量在傳感器直視范圍內(nèi)的測(cè)量點(diǎn)溫度，這往往成為致命的弱點(diǎn)。
　　主動(dòng)式測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量點(diǎn)位置不受限制，傳感器安裝布置靈活；其缺點(diǎn)是必需解決傳感器在高溫、強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境條件下的工作可靠性、傳感器與主機(jī)之間的高電壓隔離以及傳感器自身的工作電源問題。
　　作為開關(guān)柜的附加功能系統(tǒng)，測(cè)溫裝置的造價(jià)成本是其能否推廣的重要問題。針對(duì)上述問題，經(jīng)近兩年的反復(fù)試驗(yàn)，所研究開發(fā)的高壓開關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，已在國(guó)內(nèi)幾個(gè)變電站投入運(yùn)行。
　　本文介紹溫度監(jiān)測(cè)儀的結(jié)構(gòu)、主要工作原理、技術(shù)性能及其主要技術(shù)特點(diǎn)。
　　2　結(jié)構(gòu)及工作原理
　　溫度監(jiān)測(cè)儀采用主動(dòng)式工作方式，由主機(jī)、檢測(cè)器、光電轉(zhuǎn)換器及感應(yīng)電源四部分構(gòu)成。檢測(cè)器與感應(yīng)電源同處在高壓區(qū)，光電轉(zhuǎn)換器與主機(jī)裝在開關(guān)柜上，處于地電位。檢測(cè)器與光電轉(zhuǎn)換器之間采用紅外線通過空氣傳送數(shù)據(jù)。
　　3　　技術(shù)特點(diǎn)分析
　　3.1高壓隔離
　　實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，首先要解決高壓隔離問題。一般來說，解決這個(gè)問題有兩個(gè)途徑：一是通過空間隔離，另一是通過光纖隔離�？臻g隔離，信號(hào)可由光傳送或無線電傳送，本文采用紅外光線進(jìn)行信號(hào)傳送，它具有隔離徹底、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等特點(diǎn)。而通過光纖隔離存在著沿面放電問題，需要有較長(zhǎng)的沿面爬電距離。
　　3.2抗干擾措施
　　高壓開關(guān)柜運(yùn)行在高電壓、大電流的狀態(tài)，系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁暫態(tài)過程，這些都產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)及強(qiáng)電磁干擾，這對(duì)于微電子系統(tǒng)及微弱信號(hào)處理非常不利。
　　為消除這些干擾，同時(shí)采用軟、硬件抗干擾措施，在軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)用數(shù)字編碼、解碼技術(shù)，剔除干擾信號(hào)，并使用了軟件濾波技術(shù)；在硬件上采用金屬屏蔽，加強(qiáng)各級(jí)濾波消除高頻干擾。檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處于同一電位，減少電場(chǎng)的影響。另外為消除隨機(jī)干擾，利用觸頭溫度變化相對(duì)緩慢的特點(diǎn)，對(duì)檢測(cè)點(diǎn)信號(hào)反復(fù)接收，多次采集，排除異常數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)可靠，通過以上綜合措施，整機(jī)有了較好的抗干擾能力，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。
　　3.3供電方式
　　為消除強(qiáng)電場(chǎng)的影響，溫度檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處同一高電位，檢測(cè)器工作電源不能從外部供給，只能由內(nèi)部產(chǎn)生，為此，在主導(dǎo)電回路上安裝一感應(yīng)線圈作為電源。但由于開關(guān)柜工作電流變化很大，一般可達(dá)十幾倍，為保證感應(yīng)線圈能提供較為穩(wěn)定的電源，利用鐵芯磁飽和原理，適當(dāng)選擇鐵芯截面，小電流時(shí)鐵芯正常勵(lì)磁，大電流時(shí)鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，再通過電子穩(wěn)壓裝置，向檢測(cè)器提供穩(wěn)定可靠的電源。
　　3.4熱穩(wěn)定性問題
　　溫度檢測(cè)器安裝在主導(dǎo)電回路上，測(cè)量點(diǎn)溫度可達(dá)120℃　以上，這就要求檢測(cè)器有良好的熱穩(wěn)定性，由于測(cè)溫探頭與檢測(cè)器之間用導(dǎo)線聯(lián)接，檢測(cè)器可遠(yuǎn)離高溫區(qū)，安裝在導(dǎo)電回路溫度較低處(一般可在80℃以下)，從而降低了檢測(cè)器耐高溫的要求。與此同時(shí)選用熱穩(wěn)定性較好的元器件，并在模擬信號(hào)通道上合理設(shè)置溫度補(bǔ)償，使系統(tǒng)達(dá)到較高的熱穩(wěn)定性。本監(jiān)測(cè)儀在測(cè)量點(diǎn)溫度為30～120℃，環(huán)境溫度為80℃　以下，穩(wěn)定性可控制在±2℃　以內(nèi)(與熱電偶測(cè)量值相比)。
　　4　實(shí)用性
　　實(shí)際應(yīng)用必須做到工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小巧、便于安裝又不影響開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)性能，而且產(chǎn)品的價(jià)格易被用戶接受。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，選用通用、標(biāo)準(zhǔn)、可靠的元器件，在保證實(shí)際需要的前提下，既降低成本，又保證足夠的實(shí)用精度；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上力求緊湊小巧，與開關(guān)柜配套時(shí)，原柜結(jié)構(gòu)無需變動(dòng)，只需在相應(yīng)處打上安裝孔即可，不影響原柜各種性能，特別是開關(guān)柜的絕緣性能幾乎不被影響。
　　5　結(jié)語
　　采用紅外光電隔離及高壓供電方式能很好地解決高電壓下觸頭溫度測(cè)量困難的問題，而選擇適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施及元器件能使監(jiān)測(cè)儀既有較好的技術(shù)性能，成本又能保持在較低的水平上。該系統(tǒng)已成功地在國(guó)內(nèi)幾個(gè)變電站正常運(yùn)行(如杭州的武林變、廣州市的變電站等)。