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摘要：对变电站开关柜温度的实时控制，能够有效保证变电站的安全稳定运行。对开关柜温度的实时控制，需要对采集的开关柜温度数据进行滤波处理，改变负载电压的有效值，完成对开关柜温度的实时控制。传统方法研究了变电站开关柜阶段性温度变化特性，获取时间最优控制机制，但忽略了改变负载电压的有效值，导致控制精度偏低。提出基于差分进化的变电站开关柜温度实时控制方法。
关键词：变电站开关柜；设备；无线测温
引言
在建设智能化电网的背景下，传统的火电厂也在向数字化电厂发展，各种传感设备、数据采集设备大量应用于电厂。其中无线传感网络得到越来越多的应用，然而这些系统通常设计成就地监测的形式，极少有将系统扩展到远端，实现移动监测。
1开关柜测温的特点
（1）测温装置的绝缘问题突出
开关柜通过柜体内测温装置和柜体外温度接收装置，把测得温度数据输送出去，同时柜体内外的高、低压侧会产生绝缘现象，有效的隔离措施必须采取，否则就会产生绝缘故障。
（2）开关柜的原有功能不受测温装置影响
开关柜是由断路器和柜体组成，可操作性的设备是断路器，所以断路器等可操作设备的操作功能不受测温设备的影响。
（3）红外测温等方法不能适应现场的开关柜结构
开关柜是由断路器和柜体组成，绝缘热缩包封是针对柜体内导电部位，减少小型物种进入柜内引起短路和柜内受潮污垢等造成闪污现象。
（4）开关柜的运行环境的严重电磁干扰
柜内的电压、电流以及变电站内都会不可避免的产生巨大的电磁辐射，削弱测温系统的测温性能，测温数据的准确性会降低。应采取减小误差的方式和适当的校验措施来提高温度数据的准确性。
综上所述，开关柜所在的特殊的环境对传感器的选择提出了更高的要求，此时，无源无线SAW传感器就符合开关柜的恶劣的环境。
2系统总体方案
（1）无线测温系统分为温度传感器、温度采集器、通讯模块及后台软件4个部分，分别承担着不同的作用。温度传感装置由以下部分组成：装在开关柜内测试点的传感器、能无线连接多个温度传感器的温度采集器。传感器安装在测温点之上，测量接触位置的温度，再通过无线传输的方式将温度信息传到温度收集器上。温度采集器安装在开关柜的外面，可以保证在开关柜非通电的情况下也能正常工作。采集器由单独的电源供电，并与开关柜内传感器实行无线通讯，收集到的温度数据可以通过有线或无线方式传回中央控制室，见图1。
图1系统总体方案
（2）本方案中设计的温度传感器是无线的，体积较小，可以灵活、方便地安装在开关柜的被测点上，这样就可以实时的监测发热点的温度变化，并以无线通信的方式将数据传给温度采集器。温度传感器主要功能参数见表1。
表1温度传感器功能参数表
（3）温度采集器也可以称为终端设备，主要是安装在现场合适的地方，收集温度传感器装置的温度信号后，通过有线或无线方式的通信方式发送至后台软件。终端设备可以在本地安装液晶显示屏，上面可以显示出每个监测点的实时温度，用户在现场，也可以通过查看液晶显示屏的方式，监测每个被测点的温度。终端设备功能参数见表2。终端设备与后台软件的通讯机制主要是通过一个线程来完成与485口的通信控制流程，后台主机为485通信的主控，由主机发起通信。主机每次开始的时候将接收数据清空，然后从下发命令队列中取出第一条命令，然后将命令从命令队列中移出来。下发命令，等待命令响应，处理响应的数据。在这个过程中需要根据协议，注意实现命令的应答，以及命令的超时，通信中断的报警等处理，也需要处理好命令的重发机制。
表2终端设备功能参数表
（4）无线测温系统软件运行在站级温度监测主机上，接收上报的数据，进行实时温度显示，实时温度曲线显示，高温报警提示，与数据库连接实现历史数据存储，查询等监控功能。软件兼顾了对分布式通信终端的配置功能，可以设置设备的运行模式，设置开关柜ID，传感头温度定标，本地网关设置，无线通信地址设置等功能。
3温度监测系统的工作流程
（1）启动温度检测系统，自检之后启动定时器，设置定时时间，对温度传感器检测到的数据每隔相应的时间间隔上传。
（2）根据不同变电站，不同开关柜的内部结构，在相应的地方装上SAW温度传感器，以采集到的实时信息为准，获取开关柜内的温度信息：
（3）在准确实时获取到温度信息之后，利用SAW的射频发射信号，将信号发射出去，利用变电站内的组网协议将此信号传送至站内主控制室的服务器上，以便站内值班人员直观观察到。
（4）通过RS-485总线标准，在每隔固定的时间段里及时将检测到的温度数据上传到电力调控中心。
（5）计算测量数据，与设定的数据进行比较，看是否超出了设定的温度，如果超温，则调控中心台发出声音警报，以便提醒调度人员，然后再将此温度通过打印机打印出来，以留作备案。如果没有超温，也将测数据显示在中央显示屏上，以便工作人员参考。
（6）返回第3步，持续监测变电站内开关柜内的温度。
4无线温度监测装置关键技术的应用
（1）等电位技术，将设备的温度测量装置在开关、母线接点等部位进行安装，对数据进行采集和传输要保持等电位的状态，这样能够有效解决终端绝缘和耐压的问题；
（2）抗电磁干扰技术，等电位的温度测量探头都是采用的封闭外壳材料，并且将传感器等模块安装在设备内部；
（3）电源无源技术，将电力设备的供电切断，并且实现供电的方式，对电路进行引入，进而能够保证测量温度的可靠性。
（4）安全措施，电气设备的温度测量技术在进行设备安装时要实行电气设备的绝缘保护工作，以确保设备的无线终端以及整个设备能够正常的运行。
5变电站开关柜温度实时控制方法
首先将所检测的变电站开关柜对应的电压信号转换成数字量输入控制器中，在控制器中计算出该电压信号相应的温度值，采用算术平均滤波和一阶递推滤波相结合的方式对采集的开关柜温度数据进行滤波处理，通过控制变电站开关柜触头晶闸管在控制周期内的触发角或是导通角，改变负载电压的有效值实现开关柜温度控制，具体过程如下所述：
由于变电站开关柜温度采样精度，A/D转换精度的限制，以及电网线路干扰的多方面影响，服务器接受到变电站开关柜温度信号后需要进行数字滤波处理，采用算术平均滤波和一阶递推滤波相结合的方式对开关柜温度信号进行滤波处理
式中，y（k）代表变电站开关柜温度第k次的滤波器输出值，x（k）代表第k次滤波输入值，n代表取样值个数，i代表取样触点，采用一阶递推滤波的形式实现变电站开关柜温度信号低通滤波
式中，a=e－T/τ代表滤波系数，τ代表滤波器的时间常数。通过控制变电站开关柜触头晶闸管在控制周期内的触发角α或是导通角θ来改变变电站负载电压的有效值，利用式（9）给出变电站开关柜输出电压与α、θ的关系
其中，U代表变电站开关柜电源电压有效值，θ代表开关柜触头晶闸管导通过零关断之间的角度，d（珚ωt）代表输出的线性范围。
结语
本文通过设计一种无线测温系统，从根本上解决温度巡检管理的难题。能在线检测所测设备的实时温度，读取数据方便，观测无局限性，安装、维护都比较简单，测温的精度也比较高，有较高的安全性和可靠性，值得在变电站开关柜内推广和应用。
参考文献：
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［2］鲁守银，等．移动机器人在高压变电站中的应用［J］．高电压技术，2017，43（1）：276－284．
论文作者:李敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/25
标签：开关柜论文; 温度论文; 测温论文; 变电站论文; 柜内论文; 数据论文; 实时论文; 《电力设备》2018年第8期论文;