摘要：信息技术的发展推动了配电网的自动化、集成化发展，中压开关柜的组件数量增多，器件散热效果较差，易引发热故障。基于此，本文首先对中压开关柜内组件温度场进行分析，明确其热量传输规律，设计组件温度监测系统，实现中压开关柜内组件温度的有效控制，降低热故障出现概率。
关键词：中压开关柜；温度场；真空断路器
前言：在智能电网中，电气设备故障更为多样、复杂。针对中压开关柜内组件热故障，电气设备制造企业可引入自动化技术，设计组件温度监测系统，实现组件温度的实时管控，及时发现组件存在的异常状况或故障隐患，进行故障预警，保障电网的安全可靠运行。
1.中压开关柜内组件温度场分析
1.1电缆终端接头的温度场分析
电缆终端接头的结构特点，其温度场分析是指对焦耳热在电缆终端接头的固体热传导、电缆终端接头表面热辐射和中压配电柜内部空气对流换热。由于传统偏微分方程对这两项热变化的描述具备非线性特征，所有本文选用有限元分析方法。首先，根据COMSOL软件构建的几何模型，设定边界条件，分别为：
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然后，应用网格划分条目，将电缆终端接头的几何模型剖分为多个网格，“细化”几何尺寸，使计算结果的准确性更高。
其次，通过瞬态求解器开展全耦合计算，明确不同时刻电缆终端接头的温度场分布。
1.2真空断路器的温度分析
按照设定物理环境、划分网格、稳态求解器的流程进行温度场分析。其中，物理环境的设定内容包括温度初始值293.15K、电势初始值0V、传热系数0.5、外部温度239.15K、电阻5μΩ、表面发射率等；稳态求解器的终止条件设置为相对容差低于0.001，最终获得的真空断路器灭弧室温度场分布。
2.中压开关柜内组件温度监测系统
观察中压开关柜的电缆终端接头及真空断路器灭弧室温度场分布图可知，这两类组件的散热效果偏低，需配置温度监测系统，实时监测其温度数值，进行热故障预警，保障中压开关柜的安全可靠运行。
2.1监测系统设计方法
本文以上海广电电气（集团）股份有限公司（下文简称“上海电气”）开发的组件温度监测系统为例，阐述监测系统的设计要点，为其他单位提供经验参考。该监测系统的整体结构如图1所示，本文从硬件和软件两方面入手，阐述监测系统设计方法。
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图1监测系统整体架构图
2.1.1硬件设计
在温度监测系统设计中，硬件设施包括红外测温传感器、信号调理电路、液晶显示单元等，具体的设计要点如下：
（1）选择Oprits生产的S20-3型号红外探测器，用于中压开关柜组件温度的采集，并将温度数据转变为电流信号，传输至信号调理电路。该设备可采集0-500℃的温度，测量精度为 1%。
（2）信号调理电路将运算放大器为核心设备，因为红外探测器将温度数据转变的电流信号相对较弱，分析难度较大，上海电气选择INA122型号的仪用于运算放大器，实现信号放大处理，为后续分析提供便利。
（3）放大后的信号传输至微处理器单元，将放大后的电流数据转变为温度数据，进行数据分析，明确组件温度状况。上海电气选择C8051单片机为微处理器单元的单片机，进行高效数据处理，根据数据处理结果发送响应的控制指令，将温度数据传输至系统绑定的手机与监测主机。在温度超出阈值时，还会发送报警信号。
（4）GSM通信单元，该部分主要负责控制指令、温度数据及报警信号的传输，上海电气按照规范GSM标准，选择西门子生产的TC35i信号的GSM模块，支持多个频段，可向绑定手机发送中文短信，符合温度监测系统运行要求。
2.1.2软件设计
在温度监测系统中，软件设计是指上位机系统的设计，监测主机需利用上位机系统，显示接收的温度数值及绘制的图表。上海电气选择Labview平台作为软件开发平台，进行软件程序的设计。以数据显示程序为例，其设计流程如下：
第一，新建VI程序。
第二，设计程序前面板，在开发平台中输入字符串输入控件、字符串显示控件等内容，整合为程序前面板。
第三，函数及连线。打开开发平台的框图程序设计界面，选择VISA Configure Serial Port作为串口函数，配置于界面相应位置；再向函数中添加四个数值常量，具体为波特率（将数值设定为9600）、数据位（将数值设定为8）、停止位（将数值设定为1）、无校验位（将数值设定为0）；然后，依次添加循环结构、关闭串口函数；最后，在循环结构中内置条件结构，在条件结构中内置顺序结构，以规范逻辑连接上述函数、常量及结构，完成数据显示程序的设计。
在监控主机的数据绘图程序设计中，基本与上述流程一致，但在程序前面板设计环节，需配置图形控件；在监控主机的图形显示程序设计中，需将程序前面板的控件选为图形控件及波形图表控件，支持数据图形及数据图表的呈现，保障温度监测系统各项功能的有效落实。同时，温度监测系统的监控主机还具备数据存储功能，上海电气引入ActiveX控件，构建数据库。
2.2监测系统应用效果
在监测系统研发后，在某开闭所进行试运行。在系统硬件设施安装完成后，连接电源，开启软件系统。液晶屏呈现GSM模块的初始化界面，初始化完成后向连接系统的手机发送短信，短信内容为“normal operation”，表明系统正常工作。在系统开始运行后，每隔一小时向手机发送中压开关柜的组件温度信息，并将温度数据传输至监控主机，由监控主机进行数据处理，以图表形式呈现。在该开闭所运行一年半后，中压开关柜的电缆终端接头出现温度提升现象，短信传输的温度数值不断增高，监控主机绘制的折线图呈上升趋势。在温度上升至超过设定的阈值后，立即向手机发送报警短信。可见，上海电气开发的温度监测系统监测精度较高，可及时发现组件存在的热故障隐患，保障中压开关柜的安全可靠运行。
结论：综上所述，在防控中压开关柜内组件的热故障时，相关单位需结合组件特点，明确组件温度场特征，针对性设计监测系统，将C8051单片机为系统核心，通过红外探头采集组件的温度信息，传输至单片机内，利用单片机配置的软件程序分析温度数据，以图表形式呈现在监测主机中，实现组件温度的远程实时监控。
参考文献：
[1]季文翔.中压开关柜典型故障因素及防范处理[J].湖北农机化，2019（20）：81.
[2]吴伟权.智能化中压开关柜温度在线监测[J].通信电源技术，2019，36（08）：223-224+226.
姓名：吴晓华（1975.09--）；性别：男，民族：汉 籍贯：上海奉贤，
学历：大专，毕业于上海电机学院；现有职称：无；研究方向：中低压配电。
论文作者:吴晓华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/13
标签：温度论文; 组件论文; 监测系统论文; 中压论文; 开关柜论文; 柜内论文; 上海论文; 《基层建设》2019年第31期论文;