一种高压开关柜触头温度故障监测系统

技术领域

本发明属于高压电气设备监测技术领域，具体涉及一种高压开关柜触头温度故障监测系统。

技术背景

高压开关柜是变电站的重要电气设备，它担负着闭合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用。高压开关柜长期工作在高电压、大电流、强磁场的环境下，尤其是小车式开关触臂上动、静触头的氧化、接触电阻的增大和接触不良常常使触头发热，温度过高，如不及时发现并处理可能会引发火灾、停电、爆炸等严重事故。所以，做好高压开关柜中温度的监测工作至关重要。

现有无源无线测温传感器和的技术发展，在保证进度的同时基本上是解决对高压电气的测温绝缘和数据传输问题，但是在实际使用中存在测温传感器与发热点距离较远或不是触头每个接触点都有测温传感器等现象，由于热传导和热积累导致监测装置不能准确的反映热故障点温度情况或是反应滞后问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种高压开关柜触头温度故障监测系统，通过系统可以快速、准确地反映实时开关触头的温度，并给出对应电流情况下超温预警。

一种高压开关柜触头温度故障监测系统，其特征在于由温度采集模块、电流采集模块、通讯模块、数据处理模块和人机交互模块组成。

所述的温度采集模块安装在梅花触头上，每个触头对应一个温度采集模块，一个高压开关柜配置六个温度采集模块；

所述的温度采集模块采用多个测温传感器，传感器分为两组，一组测量梅花触头的静触头接触端温度，另一组测量梅花触头的动触头接触端温度，梅花触头的每片触片两端均有传感器，即两组传感器的数量与触片数量相等；

优选地，所述的测温传感器采用无源无线测温传感器，实时测量触头温度，温度数据由温度采集模块转换、发送出去。

所述的电流采集模块安装在开关的动触臂上，每一相触臂配置一个电流采集模块；

优选地，所述的电流采集模块采用无源无线电流互感器采集、传输电流数据。

所述的通讯模块通过无线通讯接收电流采集模和温度采集模块发来的电流、温度数据。

所述的数据处理模块分析实时电流和温度数据，建立极限温度模型，以每个触片为单位，两端分别进行温度预测、超温预警、超温报警和寿命评估。

所述的极限温度模型是在历史电流I和触头温度T曲线中，选择几段电流恒定不变时，且所有触片接触平衡时即传感器测量温度值相同时，在热效应稳定后、传感器测量温度值不再变化时，记录电流I和温度T值，形成I—T曲线作为极限温度模型。在后期温度预测中，由于触片氧化或接触电阻变化，根据实时电流和温度曲线中，更新I—T曲线。

所述的温度预测是计算前一小时内平均电流，根据I—T曲线，得到平均电流对应温度。

所述的超温预警是将触片温度与超温报警值对比，当大于报警值则提前预警；如果触片预计温度降到触头温度报警值以下，则预警取消；优选地，所述的超温报警值是温度预测值的1.5倍。

所述的超温报警是当触片实际运行温度达到超温报警值，系统故障报警；当温度下降系统转为报警待处理，只有在停电检查后人工复位才会完全取消报警；优选地，所述的超温报警值为固定值，此固定值为触头短时耐受温度。

所述的寿命评估是将触片累积的故障预警时温度与时长相乘后相加，再将每次触片故障报警时温度与时长相乘后相加，最后将两个值相加与寿命值对比，大于寿命值则提示需要检修；优选地，所述的寿命值为经验值。

所述的人机交互模块可以显示所有测温点实时温度数据，显示三相电流实时数据，可以这是设置各温度采集模块位置和各测温传感器测温位置，可以设置各电流采集模块相别。

本发明的有益效果是：可以快速定位发热电，准确性反馈测温，提高了开关柜温度监测适用性；同时根据电流情况预告预测温度和超温故障预警，提高了开关运行的可靠性；根据热积累和热散失评估触头寿命，及时为运维提供检修意见、减少设备损坏几率，降低运维成本、提高经济性。

附图说明

图1系统图

图2高压开关柜断路器结构图

其中，1是断路器进线端梅花触头，2是断路器进线端动触臂，3是断路器出线端梅花触头，4是断路器出线端动触臂，5是通讯模块和数据处理模块

图3触头结构图

其中，6是静触头，7是动触头，8是触片，9是栅，10是弹簧。

图4温度采集模块传感器分布图

其中，11是温度采集模块，12是静触头端测温传感器，13是动触头端测温传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，高压开关柜触头温度故障监测系统于由温度采集模块、电流采集模块、通讯模块、数据处理模块和人机交互模块组成。温度采集模块采集温度信息，电流采集模块采集电流信息，然后将数据发送到通讯模块，最后转换为无线信号，发给数据处理模块；人机交互模块可以显示所有测温点实时温度数据，以及数据处理模块预测温度和超温预警等分析结果。

如图2所示，是开关柜推车式断路器的侧视图，1是断路器A相进线端梅花触头，2是断路器A相进线端动触臂，3是断路器A相出线端梅花触头，4是断路器A相出线端动触臂。1和3各装有一组温度采集模块，在2和4只安装1 只电流采集模块。同理，断路器的B相和C相也按相同方案配置传感器，保证断路器每相均有且只有一个电流采集模块，每个梅花触头各有一个温度采集模块。 5是通讯模块和数据处理模块，通讯模块通过无线信号接收电流和温度数据，然后将数据交由数据处理模块分析。

如图3所示，静触头6是在断路器上，动触头7固定在开关柜上、与母线连接；触片8的栅9钩在静触头6凹槽中，4组弹簧6把触片8勒紧，断路器推人工位后触片8抱紧动触头7。

如图4所示，温度采集模块11固定在触片8外侧，静触头端测温传感器12 布置在每个触片8的栅9处，动触头端测温传感器13布置在每个触片8动触头侧触点处。

所有模块安装后，在人际界面设置电流采集模块的相序、温度采集模块相序和传感器位置，开始采集数据进行分析显示。

数据处理模块记录A相进线触头静触头端温度数据如表1所示。在电流为 10A，时间0:10，触片1-触片6温度接近，可以取得平均温度25.3；0:30、0:40、 0:50和1:00，每次取得平均温度几乎相等、不再随时间变化，温升平衡、温度稳定，得到A相进线触头静触头端10A极限温度28.5，同理可到50A是极限温度 31.7。

表1 A相进线触头静触头端温度

A相进线触头静触头端所有电流I和对应的极限温度T数据如表2所示，形成极限温度模型。

表2 A相进线触头静触头端I—T数据

A相进线触头静触头端触片温度记录及电流记录如表3所示，在0:00～1:00，平均电流为170A，对应温度为48℃，超温预警值72℃，触片2温度为74℃、超温预警；当时间到达1:10时，0:10～1:10，平均电流为180A，对应温度为50℃，超温预警值75℃，所有触片温度均小于75℃，没有超温预警；当时间到达1:20 时，0:20～1:20，平均电流为195A，对应温度为54℃，超温预警值81℃，触片2 温度为150℃、超温预警，同时大于设定的超温报警值140℃，人机交互模块显示出超温报警；超温报警后，01:21停电检测处理后，人工复位报警；01:30恢复工作，温度正常，没有超温预警和超温报警。

表3温度预测及超温预警计算表

根据A相进线触头静触头端超温预警和超温报警记录(表4)对A相进线触头静触头端进行寿命评估，根据经验可以将寿命值定为260h℃。将下表内前8 次触片故障预警时温度与时长相乘后相加： 80*0.5+70*0.3+90*0.6+110*0.8+60*0.2＝215h℃，再将每次触片故障报警时温度与时长相乘后相加:140*0.1+140*0.1+140*0.1＝42h℃，最后将两个值相加：215+42＝257h℃，比寿命值260h℃小，触头可以继续运行；当发生第9次问题时，再对预警和报警进行累积计算271h℃，大于寿命值260h℃，系统的人机交互模块显示需要检修；检修后，寿命评估重新开始累积计算，不包括前9次数据。

表4 A相进线触头静触头端超温预警和超温报警记录

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。