進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

山東華睿安裝工程有限公司 李仰進(jìn)

1 引言

當(dāng)進(jìn)線斷路器溫度異常升高時(shí)，就會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的設(shè)備安全造成不良影響，甚至還可能引起電氣火災(zāi)等配電系統(tǒng)事故，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，對(duì)進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)具有重要的研究?jī)r(jià)值。

2 進(jìn)線斷路器及運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用價(jià)值

2.1 低壓進(jìn)線斷路器的概念及作用機(jī)理

斷路器是起到開(kāi)關(guān)、承載、合斷正常運(yùn)行過(guò)程中的電流以及在規(guī)定的時(shí)段內(nèi)承載、合斷異?；芈分械碾娏鞯拈_(kāi)關(guān)設(shè)備[1]。一般在1200V以下的交流電壓或1500V 以下的直流電壓中工作的斷路器稱為低壓斷路器。低壓進(jìn)線斷路器是樓宇、住宅等建筑的低壓配電系統(tǒng)中常見(jiàn)的電氣器件。低壓配電系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)電器發(fā)生短路時(shí)，超負(fù)荷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用反力彈簧，引發(fā)脫扣器產(chǎn)生拉動(dòng)動(dòng)作，使得開(kāi)關(guān)跳閘。電路發(fā)生過(guò)載時(shí)，瞬間增大的電流導(dǎo)致回路發(fā)熱加劇，斷路器上的雙金屬片受熱形變推動(dòng)機(jī)括拉伸，實(shí)現(xiàn)斷路操作。進(jìn)線斷路器控制電路原理如圖1所示。

圖1 進(jìn)線斷路器控制電路原理

2.2 進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用價(jià)值

對(duì)低壓配電器日常檢查中，用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫裝置經(jīng)常能夠檢測(cè)到低壓配電器中進(jìn)線斷路器溫度的異常升高，測(cè)得的溫度能夠達(dá)到150℃，有的甚至超過(guò)200℃，且常伴有絕緣組件發(fā)出的焦煳氣味[2]。分析原因如下：一是因電氣設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間暴露使用，表面氧化嚴(yán)重，造成觸點(diǎn)電阻不斷增大，在單位電流不變的情況下，觸點(diǎn)溫升異常導(dǎo)致發(fā)熱。二是斷路器絕緣層在超高溫度下，向環(huán)境中持續(xù)釋放硫化氫氣體，加重對(duì)斷路器已經(jīng)氧化觸點(diǎn)的化學(xué)腐蝕，進(jìn)一步增加了觸點(diǎn)的電阻，形成惡性循環(huán)效應(yīng)。三是低壓配電系統(tǒng)中大量使用的變頻器發(fā)出的高次諧波在觸點(diǎn)部位反復(fù)振蕩產(chǎn)生的能量，進(jìn)一步加重溫度的異常升高。針對(duì)這種安全隱患，電儀巡檢部門(mén)通常不得不停電檢修，排除隱患，還需要加大巡檢的頻次，由每周2次逐漸增加到2次，甚至每天2次，為保證檢測(cè)的安全可靠性，有時(shí)還要投入大量資金選用更為先進(jìn)的熱成像儀。但是，這類因進(jìn)線斷路器溫升異常導(dǎo)致的事故仍時(shí)有發(fā)生。因此，在低壓配電系統(tǒng)中對(duì)進(jìn)線斷路運(yùn)行溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)意義重大，不僅可以有效防患于未然，還能節(jié)省人工成本，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3 低壓配電系統(tǒng)中進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案

在低壓配電系統(tǒng)中，斷路器發(fā)熱會(huì)嚴(yán)重影響電力設(shè)施的正常運(yùn)行，甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。以往的解決方案常采用在斷路器接口處鍍銀以減小電阻，防止發(fā)熱。但鍍銀層還會(huì)因?yàn)檠b配、環(huán)境因素影響而腐蝕氧化引發(fā)事故。因此，選用適合的在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)仍是目前普遍采用的方案。常用的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括發(fā)射模塊、顯示主機(jī)、光電轉(zhuǎn)化裝置及主機(jī)電腦等，進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3.1 溫度采集及發(fā)射模塊

發(fā)射模塊主要包括溫度傳感器、信號(hào)處理單元、無(wú)線發(fā)射器及換能器組成。發(fā)射模塊是進(jìn)線斷路器監(jiān)測(cè)的核心，采用性能強(qiáng)勁的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，模塊中各單元將各自接收到的傳感信號(hào)經(jīng)調(diào)理、放大、移位、濾波后傳入數(shù)據(jù)采集模擬數(shù)字芯片。再經(jīng)過(guò)外擴(kuò)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)，替換過(guò)期數(shù)據(jù)[3]。在檢測(cè)到斷路器溫度變化時(shí)，模塊將波形數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果一起暫存臨時(shí)記憶單元中，再通過(guò)光纜傳輸?shù)椒?wù)器后臺(tái)。溫度傳感器也稱測(cè)溫探頭，一般正常測(cè)溫范圍在200℃以內(nèi)，精度在正負(fù)一度，負(fù)責(zé)輸出溫度數(shù)字信號(hào)。信號(hào)到達(dá)發(fā)射器后，經(jīng)信號(hào)調(diào)制再發(fā)射到顯示主機(jī)。發(fā)射模塊還可以選裝換能器，換能器主要起到對(duì)測(cè)溫單元一旦受到過(guò)載電流沖擊后的保護(hù)作用。安裝時(shí)，先用專業(yè)電工工具拆卸斷路器的觸頭連接處，用細(xì)嘴鉗取下卡簧，拿下絕緣殼，再將測(cè)溫探頭緊貼在斷路器觸頭一側(cè)，發(fā)射器及換能裝置通過(guò)固定鏍銓固定在斷路器觸頭上端。然后再依次將卡簧、絕緣殼裝入原位，也可以采用專業(yè)綁扎線固定發(fā)射模塊，可以將測(cè)溫探頭穿入開(kāi)關(guān)主插與母排側(cè)向結(jié)構(gòu)縫隙，再用耐高溫粘膠固定。

3.2 主機(jī)及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)

顯示主機(jī)一般安裝在低壓配電站開(kāi)關(guān)室墻體上，內(nèi)部有存儲(chǔ)器和運(yùn)算器，在接收到發(fā)射模塊傳來(lái)的溫度信號(hào)后，解調(diào)讀取進(jìn)行數(shù)據(jù)前期加工處理后，經(jīng)光纖將信號(hào)傳送至低壓變電站主控單元的光電轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，最終傳輸至后臺(tái)主機(jī)[4]。根據(jù)TCP/IP 協(xié)議，主機(jī)再將溫度信號(hào)上傳至局域網(wǎng)，再經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)軟件完成監(jiān)測(cè)分析。主機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)一般都具有溫度實(shí)時(shí)顯示、歷史溫度查詢提取、異常報(bào)警、參數(shù)調(diào)整及溫度周期圖表繪制等功能。

4 進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)軟件

4.1 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視軟件

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視軟件處在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最上層，負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)線斷路器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，收集存儲(chǔ)溫度信息和數(shù)據(jù)，由開(kāi)始界面、啟動(dòng)界面、登陸窗體、主窗體及系統(tǒng)日志、歷史數(shù)據(jù)顯示和系統(tǒng)管理組成。采用Visual Basic6.0語(yǔ)言，將程序的開(kāi)發(fā)、測(cè)試完善、容錯(cuò)等功能整合于一體，是以事件驅(qū)動(dòng)作為運(yùn)行機(jī)制的全新一代可視化編程設(shè)計(jì)語(yǔ)言。進(jìn)線斷路器監(jiān)視軟件體系如圖3所示，結(jié)構(gòu)主要功能是實(shí)現(xiàn)進(jìn)線斷路器接線端溫度變化的顯示和存儲(chǔ)，并按照需要生成歷史數(shù)據(jù)和可視圖表。

圖3 進(jìn)線斷路器監(jiān)視軟件體系結(jié)構(gòu)

4.2 發(fā)射模塊及顯示主機(jī)端軟件

發(fā)射模塊及顯示主機(jī)端軟件基于LonWorks 等網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具，運(yùn)用C 語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫(xiě)。斷路器各模塊之間的通訊是基于網(wǎng)絡(luò)變量實(shí)施，采用傳感器探頭采集斷路器觸頭溫度，傳輸?shù)斤@示主機(jī)進(jìn)行保存。主機(jī)端軟件則向發(fā)射模塊下達(dá)采集指令。

5 進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo)

顯示主機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表 1 顯示主機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)

采集及接收模塊參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 采集及接收模塊參數(shù)

6 進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)及不足

6.1 優(yōu)點(diǎn)

本研究方案在監(jiān)測(cè)實(shí)踐中對(duì)斷路器整體結(jié)構(gòu)的影響小，基本不會(huì)對(duì)斷路器絕緣層造成不良影響，不會(huì)影響到斷路器的使用性能和安全性能。本研究方案應(yīng)用的相關(guān)設(shè)備操作相對(duì)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，能夠有效控制監(jiān)測(cè)成本，且發(fā)射模塊帶有自驅(qū)供電能力，體積小、重量輕，安裝簡(jiǎn)便。捆綁材料為耐腐蝕阻燃材料，不會(huì)對(duì)斷路器造成二次損害。模塊組件不會(huì)在工作過(guò)程中對(duì)斷路器造成任何不良影響。

6.2 不足

進(jìn)線斷路器發(fā)射模塊本身若出現(xiàn)故障后，操作人員無(wú)法帶電維修或更換，只能夠停電檢修，給維護(hù)帶來(lái)不便

7 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)線斷路器運(yùn)行溫度的動(dòng)態(tài)在線監(jiān)測(cè)應(yīng)用，對(duì)保障進(jìn)線斷路器在供電回路中正常運(yùn)行和在發(fā)生系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)及時(shí)斷路止損具有重要的意義，其能夠直接影響到整個(gè)低壓配電系統(tǒng)電氣回路的平穩(wěn)運(yùn)行。因此，對(duì)在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用研究不僅可以有效地減少相關(guān)斷路器事故的發(fā)生，還能夠減輕巡檢工作人員的工作負(fù)荷，具有重要的研究應(yīng)用價(jià)值。