http://s9/bmiddle/006uf83Nzy7dURcMeRG58&690概述

不同型号、不同高压等级、不同厂家生产的高压开关柜内部结构略有不同。高压开关柜应满足GB3906-1991标准的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能、柜体由接地的外金属壳体、一二次电器元件、各种机构、二次端子及连线等组成。一次电器元件用于主回路设备，包括接地开关、高压开关、断路器和接触器、绝缘器件、主母线和负荷开关等等，二次元器件主要统指开关柜内低压设备的集合，用于对一次设备进行测量控制、保护和监测，它包括电流表、电压表和功率表等。这些二次设备监测高压开关柜电流、电压等参数，但这些参数不能完全反映高压开关柜工作现状。开关部位和电缆接触部位由于电弧放电、瞬态高电压使接触面容易氧化导致电阻增加引起发热…，是需要重点监测温度变化的部位。

高压开关柜的使用对环境有较高的要求。周围环境温度过高会致使导电金属电阻增加和表面氧化作用加剧，另外过高的环境温度会导致高压绝缘器件绝缘强度下降及使用寿命的縮短一般要求环境温度上限是，下限是：安装在海拔高于1000米以上的开关柜，由于大气压强小，空气稀薄，电器的外绝缘容易击穿，需要在柜体内部增加绝缘保护措施。因此在极限天气和环境条件下更要时刻监测高压开关柜的使用情况。

背景及意义

10kV高压开关柜是变电站站内的重要设备，它直接关联着主变及10kV配电线路，起着分配电能，控制负荷、开断故障电流的功能，由于其独特的设备结构、特殊的运行环境往往给10kV开关柜的在线测温带来巨大的挑战。10kV开关柜内部构造经历了巨大的变化，从初期简单的刀闹，发展到第一代的GGIA型高压金属开关柜，到第二代的XGN型金属封闭式开关柜，再到现在大规模釆用的第三代KYN型中置移开式开关柜（小车柜，柜内设备结构发生了很大的变化，从发展趋势看，设备的密封性能越来越好，防护水平越来越高、体积越来

越小，载流量越来越大，这些具体结构形式的变化直接影响着测温技术的发展和应用。目前在网运行的主要是KYN型和开关柜XGN型开关柜，KYN型高压开关柜由于其操作方便、载流量大、结构完善，已经成为10kV高压开关柜的主流产品。

电气设备的发热包括电阻和介质损耗引起的发热、铁芯磁路故障引起的发热和其它异常情况的发热。设备的导电接点或触点，不论是松动还是接触压力降低都会引起接触电阻的增大。电阻的增大产生局部的过热，温度升高又会加快接触面金属的氧化，进一步增大了接触电阻，结果就形成了一个恶性循环使局部温度快速升高。

我国大多数的高压设备是封闭式结构，散热条件又不好，长时间工作在高电压、大电流、强磁场的环境中，使得热量集中。目前，封闭式结构的开关柜内部过热现象已成为开关柜中的一个普遍问题。在一些重负荷地区，存在开关柜的温升超标情况。开关柜如果温升超标，直接影响设备的安全稳定运行。而且过热问题是一个不断累积的过程，如果不加以控制，过热现象会越来越严重，并对设备寿命产生很大的影响，严重时会引起设备故障，甚至造成事故。

10kV高压开关柜是电力系统中直接担负着10kV系统负荷分配的设备，因通过负载电流较大，部分开关柜长期通过电流可高达4000A而柜内触点接触位置偏移、动静触指弹黃松动、材质不良等因素都将造成触头接触不良，从而产生严重发热。按照国家标准《交流高压电气在长期工作时的发热》（GB763-90）相关要求，10kV高压柜内裸铜或裸铜合金触指允许最高温度为75度，高压开关柜内设备触头的发热温度不能超过最高允许发热温度，否则各接点运行温度太高会引起10kV高压开关柜事故，因此选用一种合适的测温方法对高压开关柜接点的温度进行在线监测是十分必要的。

发展现状

10kV高压开关柜是变电站站内的重要设备，它直接联系着主变及10kV配电线路，起着分配电能，控制负荷、开断故障电流的作用，由于其独特的设备结构、特殊的运行环境，通常给10kV开关柜的在线测温带来巨大的挑战。10kV开关柜内部结构经历了巨大的变化，从初期简单的刀闸，发展到第一代的GG1A型高压金属开关柜，到第二代的XGN型金属封闭式开关柜，再到如今大规模采用的第三代KYN 型中置移开式开关柜（小车柜），柜内设备结构发生了巨大的变化，从发展趋势来看，设备密封性能越来越好，防护等级越来越高、体积越来越小，载流量越来越大，这些具体结构形式的变化直接影响着测温技术手段的发展和应用。其中第一代GG1A型开关柜由于结构落后，运行状况较差，已经属于淘汰型的产品，目前在网运行的主要是XGN型开关柜及KYN型开关柜，KYN 型高压开关柜由于其操作方便、载流量大、结构完善，已经成为10k V高压开关柜的主流产品。

高压开关柜在线测温的意义

10kV高压开关柜是电力系统中直接担负着10kV系统负荷分配的电气设备，因通过负荷电流较大，部分开关柜长期通过电流可高达4000A，而柜内接点（插头）接触位置偏移、动静触指弹簧松动、材质不良等因素均会导致触头接触不良，从而产生严重发热。按照国家标准《交流高压电气在长期工作时的发热》（GB763-90）相关要求，10k V高压柜内裸铜或裸铜合金触指最高允许温度为75度，高压开关柜内设备接头的最大发热温度不得超过最高允许发热温度，否则各接点运行温度过高会直接引起10kV高压开关柜事故，因此采用一种适合的测温方法对高压开关柜接点的温度进行在线实时监测是十分必要的。

截至2009年底，广东电网公司高压开关柜运行数量为59144面，2009年全年，广东电网公司共发生10kV 高压开关柜接头（插头）发热类紧急、重大缺陷 41 起，占10kV高压开关柜紧急、重大缺陷的10.2%，但2009年1月至2010年2月，广东电网公司共发生6起开关柜事故，因发热问题而引起的事故为3起，占所有开关柜事故原因的50%，3 次事故全部引起主变跳闸和10kV 母线失压，导致10kV开关柜大量设备损坏，并造成大面积停电，给社会、用户带来巨大的损失，由此可见10kV高压开关柜内部元件发热缺陷导致安全运行形势异常严重，必须采取有效的监测手段，预防事故的发生。

为提高10kV开关柜运行状况，保护人员安全，目前10kV开关柜（XGN柜、KYN柜）全部为金属密封结构，传统的开关柜测温方法已经不能适用于新的开关柜，尤其是KYN中置移开式开关柜（小车柜），其导电部位在运行时全部由绝缘材料遮挡，常规的红外测温手段无法对其内部设备进行测量，必须采用开关柜内部测量的方法，实时监测大电流开关柜内部元件运行情况，及早发现故障源头，杜绝事故的发生。

高压开关柜在线测温的作用

高压开关柜内部接头主要是螺栓连接或弹簧压紧，当压紧螺栓或压紧弹簧的压紧力不够、接触面不平、触头氧化时，将导致各部件连接处的接触电阻增大，使得高压开关柜触头温度升高过热，而钢制螺丝的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减少温度降低回到原来接触位置时，由接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的发热程度增加，所增加的较高温度又使接头的工作状态进一步变化，因而形成恶性循环，最终导致部分弹簧、触指变形甚至熔化，导致事故。

由于10kV高压开关柜结构上具有通用性，无论是 XGN 型开关柜，还是KYN型开关柜，不同厂家的设备结构基本保持一致，高压开关柜内设备的配置、功能、结构极其类似，因此 10kV高压开关柜的发热问题存在着普遍的规律。通过对实际情况中10kV开关柜发热情况的统计分析，发热故障主要出现在开关柜内刀闸接头部位及电缆接头部位，因此可以明确10kV

开关柜的测温只需要针对某些关键点进行，其余设备区域可较少关注，在温度升高时及时、准确的监测关键点的温度变化，在超过允许温度之前发出预警，可使运行维护单位有充分的时间采取控制措施，避免停电事故的发生。

在线测温的特点

根据现场设备的具体结构和运行要求，10kV高压开关柜对测温手段有着特殊的要求：

（1）非接触式测温法不能适应现场的开关柜结构

10kV开关柜柜内部结构特殊，按照现有XGN型及KYN型开关柜具体结构，10kV开关柜内主要包含断路器、隔离开关、电流互感器、电缆头等具体设备，为了防止柜内设备因脏污受潮引起污闪事故，同时避免小动物进入造成短路，10kVXGN柜对柜内导电部位全部进行了绝缘热缩包封，而广东电网公司2009年反事故技术措施也明确要求“运行及未投运的移开式开关柜（KYN型开关柜）的导电臂都必须配装绝缘套，今后进入广东电网系统运行的小车柜，开关小车导电臂必须安装绝缘护套”，从而导致柜内需测温的部位大部分被绝缘护套包扎，其现场结构直接决定着红外测温技术无法在10kV开关柜内得到较好的应用。

（2）测温装置高压绝缘问题突出

由于10kV高压开关柜额定电压为10kV，柜内设备运行时带电运行，而测温传感器必须装设于被测物体测量点，属于高压设备，而信号采集装置一般装设于柜体或柜体外，其外壳与地网相连，即测温传感器和信号采集装置之间存在约10kV的电压，必须采取有效的方式实现高、低压设备的隔离，同时要求测温传感装置不能影响设备间的安全距离，否则会导致开关柜内设备故障造成事故，这是开关柜测温系统工程实践需考虑的首要问题，同时也是导致10kV开关柜测温技术应用发展缓慢的重要原因之一。

（3）测温装置不得影响设备原有性能

10kV开关柜内断路器、隔离开关均为可操作性设备，需要按照运行方式要求进分合操作，在线测温装置的安装不得影响该部分设备的操作性能，这就要求测温装置能适应现场设备的具体结构，柜内测温传感设备需安装可靠。

（4）10kV高压开关柜柜体运行环境恶劣，电磁干扰严重

10kV高压开关柜柜内为全密封结构，除了部分观察窗外，其余部分均用金属挡板密封，按照开关柜IP3X的防护等级，各柜体缝隙不得大于2.5mm，同时柜内设备运行电流很大，部分大电流柜柜体通过电流为数千安培，甚至达到4000A，且处于变电站站内复杂的电磁环境中，电磁干扰会对测温系统带来较大影响，将直接影响测量设备的数据可靠性。

测温现状

高压开关柜内部高电压、强磁场和强辖射等特定环境使得触点测温滞后于科技的发展。目前国内大多数高压开关柜还采用着比较原始的测温方式，国内外对高压幵关柜测温没有制定统一的标准，也没有比较权威的垄断性产品出现。各个厂商根据需要研发的测温设备种类繁多。从测温方式测温手段来看，这些测温设备功能单一、可靠性差，远没有达到智能化程度。高压开关柜测温主要包含以下几种：

（1）示温腊片变色法。示温腊片测温法是一种根据温度不同显示不同颜色的物理方法。把示温腊片粘贴于高压开关柜触头上，通过观察示温腊片的颜色来确定温度的范围。这种方法需要巡检人员定期查看，人工成本高且测温实时性差。当温度超过示温腊片的融化范围时，示温腊片会自动脱落。示温腊片在早期的高压开关柜和其它电气产品中应用较多，随着电力系统和现代科技的发展变迁，已逐步退出应用市场，目前只有少数场合还在使用。

（2）红外手持设备测温法。一切高于绝对零度的物体都在向外界散发着红外辖射能量，这些红外辖射能量与其表面温度相关，通过被测物体散发的红外辖射能量即可确定物体表面温度，手持式红外测温仪就是基于这种原理。这种测温方法是非接触式测温，测温精度高，但巡检间隔时间长，不利于及时发现触点温度变化情况。高压开关柜内部结构复杂，元器件众多，使用红外测温仪测温时，元器件对关键测温点的遮挡也会对测量结果有所影晌。

（3）光纤测温法。光纤测温是基于曼散射原理，利用光在光纤中的喇曼散射改变光波波长的特性，喇曼散射信号的强弱与温度有关。当宽带光进入光纤，经过光栅返回一定波长的光，该波长与被测温度有一定变换关系，经测量反射光波长可确定被测物体温度、光纤测温大多釆用光纤光栅温度传感器，典型的光纤测温系统有ABB公司的Safe Guard装置和国产NSmarts光纤式温度在线监测仪。光纤测温法精度和实时性高，有一定的客户需求，但测温系统成本较高，维护困难，不利于大范围推广应用，在集成化越来越高、空间越来越狭小的新型高压开柜内布置光纤测温系统也愈加困难。

高压开关柜触点几种常见测温方式性能比较如下表：

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简单的概述了高压开关柜的重要性与现状。高压开关柜与我们密不可分的关系。

系统设计原则

高压电器—根据国家对高压开关柜电气设备运行和安全要求以及高压开关柜工作实际情况，高压开关柜触点温度实时监控系统应满足以下几点要求：

（1）实时性高。传统测温方式需工作人员到现场定时巡检，不仅浪费人力，测温也不及时，不利于高压开关柜险情的发现。体积小。

（2）高压开关柜内部空间狭小，同时需要对高压开关柜内部6个触点测温，不适合体积大的测温设备或视频监控设备的安装。

（3）可靠性高，易维护。高压开关柜一旦投入运行除非必要一般是处于长时间连续工作状态，有的甚至若干年连续运行。因此测温设备必须能够保长期可靠工作，并在测温系统发生故障后，用最短时间维护并重新投入运行。高压开关柜内部高压强磁场等恶劣的测温环境，要求测温系统具有较好的抗千扰性能，满足对高压绝缘标准的要求。

（4）成本低，扩展性好。

用电量的增加必然导致发、供配电系统中高压开关柜数目的增长。高压开关柜用量数目庞大而且在稳步上升，因此高压开关柜触点测温系统成本必须低，否则难以推广使用。同时在运行的高压开关柜种类繁多，不可能给每一种型号开关柜都研发一套测温设备，因此高压开关柜测温系统需同时能够满足在不同型号开关柜内部使用的需求。

通信方式和网络拓扑结构的选择

系统采集的高压开关柜触点温度最终传输到远离现场环境的监控室中。在发电厂中，由于存在众多变频和噪声干扰设备，一般不允许高频无线信号长距离传输，以免造成干扰。高压开关柜内部空间狭小，这对在高压开关柜内部布线带来困难。高压大电流强磁场的特殊环境，普通的测温手段不能够满足对触点温度智能实时监控。

本系统使用无线与有线相结合的方式进行测温。无线方式使用在开关柜柜体内部，即温度检测节点到中继节点的通信使用ZigBee无线网络。中继节点到远端监控中心的通信使用CAN总线。CAN总线较RS485总线的优势在于：CAN总线协议由芯片实现，可缩短开发周期，这些是仅有电气协议的RS-485所无法比拟的；CAN总线数据传输实时性较强；CAN有较强的抗干扰性能，在高压强磁场的环境中能较稳定的工作；其价格低廉，可靠性高，结构灵活。

高压开关柜为全金属外壳屏蔽封装，对外无线信号有一定的屏蔽作用，随着防护等级的提高屏蔽作用越强，能够防止非常微小颗粒进入壳体内。因此中继节点即协调器节点需安装在高压幵关柜外壳上，一个开关柜使用一个特有的协调器。

一个高压开关柜内部有个触点需要进行监测，这些测温终端与协调器的通信都在有效距离内，不需要外加路由器进行无线通信距离上的延伸，星型网络拓扑结构就能够满足系统测温的需求。星型网络实现容易，成本较低，管理简单，是在高压开关柜内部特殊环境中通信网络的优先选择。

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