告别盲测：10kV开关柜温度监测的行业痛点与智能破局

摘要：高压开关柜在电力系统的运行中发挥着重要作用，在发电、输电、电能转换以及消耗过程中，起着通断、控制和保护作用。作为一种关键的电气设备，高压开关柜能否安全运行，关系着整个电力系统的运行效率。本文就主要对智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术进行了简要分析。

关键词：智能化变电站；10kV高压开关柜；测温技术

1在线测温的作用

由于高压开关柜的结构上具有通用性，不管是XGN还是KYN型开关柜，不同厂家配置的设备在架构上基本保持一致的，而在配置、功能和结构上也是很相似的，所以在开关柜的发热方面有许多规律可循。

通过认真分析开关柜实际的发热情况发现，发热故障主要出现在开关柜内刀闸接头和电缆接头。因此开关柜的测温只需要将注意力集中在某些关键点就可以了，其他部分关注度可以少一些，当温度升高时，及时并且正确地监测关键点的变化，在温度超过允许的限度之前要发出警告，确保运行维护单位有充分的时间准备，并且及时采取正当的防护措施避免事故的发生。

2 10kV高压开关柜在线测温的特点

2.1非接触式的测温技术难以满足要求

以当前应用较多的XGN型及KYN型开关柜为例，其内部包含断路器、隔离开关、CT以及电缆头等电气元件。为避免因积污和受潮引起污闪事故，同时也为了避免小动物误入造成短路，高压开关柜内部的导电部位常会进行绝缘热缩包封，即开关柜内部需要进行测温的部位几乎都被绝缘体包裹，使得红外测温技术难以发挥作用。

2.2测温装置需要进行高压绝缘

10kV高压开关柜正常运行状态下，其额定电压为10kV，测温装置装设于测温点的带电设备上，而温度信号的接收装置则在开关柜的柜体上或者柜体外，这就意味着测温装置与接收装置之间要进行高压隔离，同时还不能对开关柜内部电气元件的安全距离造成影响。这可以说是开关柜测温技术应用于实践需要解决的首要问题，也是影响在线测温技术发展的重要原因。

2.3不能影响到开关柜内部原有电气元件的性能

10kV高压开关柜内部很多电气元件都需要根据运行方式来进行相应的分合操作，如断路器、隔离开关等。这就要求在线测温装置的安装与工作不能对开关柜内部原有电气元件的工作性能造成影响。

2.4要能适应开关柜内部恶劣的工作环境

由于目前应用的10kV高压开关柜都为全密封结构，开关柜内部通风不佳，温度较高；再加上高压开关柜的工作电流都在数百安培，又处于变电站这种电磁干扰较为严重的环境中，因此要求在线测温技术要具有良好的抗干扰能力，能保证测温数据的可靠性。

3 10kV高压开关柜在线测温技术研究现状

3.1红外测温法

在直接接触测量方法中非常有代表性的就是红外测温法。红外测温法主要依据的是斯特藩-玻耳兹曼、普朗克等人的黑辐射原理，黑体是理想化的辐射体，它们能在相同的温度下散发出相同的电磁波谱，而与黑体的具体成分和形状特性无关。物体表面的温度与物体本身红外辐射能量的大小及波长的分布有着密切的联系，通过测量物体本身辐射红外能量，从而测定其表面的温度。目前的红外测温仪的基本组成是光学系统、红外探测器、信号放大器与信号处理及显示输出等部分，核心元素是红外探测器，它可以把入射的红外辐射转变成可以测量的其它形式的电信号，经过放大器与信号处理器电路按照仪器内部的算法计算和校正后转变成了被测目标的温度值，然后在光学系统上显示。

3.2无线测温法

无线测温法是对接触式测温方法的改进，是为了隔离测温设备与电力系统之间的高低压而产生的一种新型的测温方法。通常的无线测温系统由分布式测温点、数据接收器、后台处理系统组成。分布式测温点直接安装在需要测温的地方，数据接收器放置在距离开关柜一定距离的地方，分布式测温点和数据接收器之间数据的传输是由无线通讯方式实现的，从而实现了高压的隔离与测温数据的采集，解决了高压开关柜内触点运行温度不易被红外测温法监测的难题。无线测温法虽然解决了测温装置的安全问题，但在实际应用中也发现了很多问题，其中的问题就是开关触头位置处测温装置的工作稳定性问题。在实际应用中，该模块所用的电源是从电力线获取能量的电流感应式电源，而电力线负荷的大小决定着电源获取的能量大小，其幅度变化很大，因而模块时常出现供电不足的现象。针对此问题，有人建议利用电池、减少测温装置功耗等方法，但缺陷是电池消耗完需要定期更换，同时会因为无线发射功率过小而产生电磁干扰，致使测温数据传输出现错误，更换装置电池则需要高压开关柜停止供电，达不到高压开关柜持续运行的工作要求。

3.3光纤测温法

伴随着光纤通讯与集成光学技术的发展，光纤传感技术在传感器领域表现异常活跃，与传统的传感技术不同，光纤传感器的优点不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因为光纤传感器具有光纤质轻、径细、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小、集信息传感与传输于一体等优点，可以解决常规检测技术不能解决的一些测量问题。首先由于光纤本身是一种很好的绝缘材料，隔离了电力系统与测量设备之间的高压，从而避免了测温装置引起的设备安全事故，同时使用光纤作为传输和传感信号的载体，使得存在于电力系统环境中数据传输存在的强电磁干扰问题得以解决，使得测量结果更加准确。其次由于光纤挠曲性好、直径小、重量轻，可以检测常规传感器所不能达到的部位。这些优点使得光纤传感器在电力系统温度测量方面展露了头角，可以作为适合于高压开关柜温测量的主要手段。

4 10kV高压开关柜异常发热的对策

4.1重视10kV高压开关柜的预防性试验工作

要重视10kV高压开关柜及其内部开关设备的预防性试验工作，通过预防性试验可以可靠判断高压开关柜的实际运行情况。在进行预防性试验时要严格遵循相应的规程规范，如果试验中得到的数据有异常，则要进行科学合理的分析，并结合以往历次预防性试验数据进行对比，从而得出具有说服力的结论。值得注意的是，结论的得出不能仅仅依靠所得到的一组数据，综合多次数据来对高压开关柜所存在的隐患进行判断和确定。在完成预防性试验后，及时完成高压开关柜的复原工作，复原过程中要特别注意开关柜内部各接触点和接触面的接触一定要良好，避免出现接触不良所导致的异常发热问题。

4.2重视10kV高压开关柜的日常检修和维护工作

10kV高压开关柜运行效率的提高和故障率的降低离不开日常检修和维护工作。在实际检修和维护工作中，要特别注意对开关柜内部开关设备触头的检修和维护，要做到定期查看。首先要保证其结构稳定，弹簧没有松动或脱落；其次要查看触头的外观是否有氧化变色痕迹，同时还要检查触头以及触头片表面的光滑程度。在完成上述检查工作后，需在触头上涂抹一层电力行业专用的导电膏，以有效减小触头间的电阻值，增加开关柜内部开关设备的导电性能，保证高压开关柜及其内部开关器件的工作效率和使用寿命。

4.3加快10kV高压开关柜的新技术研发和更新换代

随着电力行业新技术的不断开发和新产品的不断推广应用，各种重要的电力设备都呈现出越来越快的更新换代速度，对于10kV高压开关柜而言，紧跟潮流，加快新技术的研发和更新换代。具体而言，就是要在10kV高压开关柜中大力应用目前已经得到长足发展和进步的自动控制技术和新型低电阻率材料等。此外，电力企业的10kV配电网运行管理部门要转换观念，重视起对陈旧落后10kV高压开关柜的更新换代工作，要意识到只有新型可靠的电力设备，才能更好地保证10kV配电网的安全、可靠运行，同时还能为企业带来良好的经济效益和社会效益，是电力系统长期安全运行的保障。

4.4推广应用10kV高压开关柜温度在线监测技术

要在10kV高压开关柜中推广应用温度在线监测技术，虽然该技术近年来才开始发展，但其基础却是目前已经发展较为成熟的计算机技术、检测技术和自动控制技术。而且实践研究表明，温度在线监测技术在10kV高压开关柜中应用具有良好的效果，因此值得对其进行更深层次的开发，并在合适的时间开展推广应用工作。通过对高压开关柜内部开关接头、触头、母排、连接导线以及相关附件等关键设备的温度进行在线监测，可以使运行人员实时掌控10kV高压开关柜的运行情况，从对开关柜的异常温升作出及时反应，避免故障扩大，造成更为严重的事故。

5安科瑞无线测温系统

5.1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讯，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。该系统具有遥信、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。

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

温度在线监测系统结构图

5.2系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：

.       温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

.       温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。

.       运行报表：查询及打印各测温点时间的温度数据。

.       实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。

.       历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。

5.3系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

6结束语

为了保证智能化无人值守变电站中10kV高压开关柜的安全可靠运行，随着新技术的不断开发与应用，智能化变电站电气设备状态检修技术将得到广泛应用，与此同时，10kV高压开关柜的在线测温技术也必将得到进一步的应用与推广。

参考文献：

[1]蔡建仁.智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术研究

[2]刘军．高压大电流开关柜的散热问题及解决方案[J]．中国电业：技术版，2013，（3）.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版

[4]安科瑞用户变电站变配电监控解决方案2021.10