高壓防爆開(kāi)關(guān)觸頭無(wú)線測(cè)溫保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)分析

趙晶晶

（潞安集團(tuán)五陽(yáng)煤礦，山西 襄垣 046205）

引言

在煤礦井下，高壓防爆開(kāi)關(guān)在合閘操作時(shí)，首先將短路小車操作到合適的合閘工作位置，然后再進(jìn)行操作，當(dāng)確保斷路器小車上的動(dòng)觸頭與開(kāi)關(guān)腔體后壁上的靜觸頭兩者之間牢固插接時(shí)，再合閘進(jìn)行通電步驟。在實(shí)際操作中，保證動(dòng)靜觸頭無(wú)間隙接觸，有利于在大電流通過(guò)時(shí)不會(huì)因?yàn)檫^(guò)多的接觸，導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭發(fā)熱而燒毀觸頭。但是由于開(kāi)關(guān)突發(fā)的晃動(dòng)、電流電壓不穩(wěn)、觸頭大小尺寸不符、斷路器接插不嚴(yán)、設(shè)備安裝不當(dāng)?shù)雀鞣N原因，都很難準(zhǔn)確地測(cè)量觸點(diǎn)的溫度，從而誘發(fā)各種安全隱患，針對(duì)以上問(wèn)題，我們需研發(fā)無(wú)線測(cè)溫裝置，避免以上各種問(wèn)題的發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)原理

在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，2.4 GHz的無(wú)線通信技術(shù)和CT取電技術(shù)非常有利于實(shí)現(xiàn)高壓防爆開(kāi)關(guān)觸頭的測(cè)溫和裝置保護(hù)，CT取電技術(shù)能很好地滿足溫度測(cè)量裝置的工作環(huán)境，采樣中獲得的實(shí)時(shí)溫度值以無(wú)線通信的方式，傳輸?shù)椒辣_(kāi)關(guān)的保護(hù)器上。但是當(dāng)觸頭出現(xiàn)異常溫度時(shí)，綜合保護(hù)器可以接收到異常的溫度信號(hào)，從而發(fā)出警報(bào)。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，有兩個(gè)方面的技術(shù)問(wèn)題需解決：

1）2.4 GHz無(wú)線通信技術(shù)：高壓回路和低壓回路之間容易產(chǎn)生電氣可靠隔離，采用電纜線傳輸信號(hào)并不能完全避免這個(gè)問(wèn)題，但2.4 GHz無(wú)線通信技術(shù)則可以完美解決。裝置發(fā)射出無(wú)線信號(hào)，將采集到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)值傳輸給高壓防爆開(kāi)關(guān)的綜合保護(hù)器中，當(dāng)出現(xiàn)異常高溫時(shí)，綜合保護(hù)器通過(guò)溫度檢測(cè)，就能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，并作出警告或者是跳閘，從而避免損壞設(shè)備，造成災(zāi)難的發(fā)生。

2）CT取電技術(shù)：溫度測(cè)量裝置的供電也面臨著各種問(wèn)題，采用常用的電池，不僅電量有局限性，需時(shí)常更換，還容易產(chǎn)生安全隱患，采用CT取電方式，只要有電流通過(guò)溫度測(cè)量裝置就可以帶電工作，從而避免了電池類電源產(chǎn)生的各種問(wèn)題。存在問(wèn)題：CT取電技術(shù)如何能保證正常的取電以及滿足正常的工作需求，則需要周密地計(jì)算和反復(fù)地實(shí)驗(yàn)，不斷地完善才能解決。

2 設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量保護(hù)裝置主要包括以下幾個(gè)部分：CT電流互感模塊、主要控制模塊、溫度傳感模塊、電源模塊、無(wú)線通信模塊以及相應(yīng)的配套保護(hù)器等。主要相關(guān)構(gòu)件的組合方式如圖1所示[1-2]。

圖1 溫度測(cè)量保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖

此研究裝置中，CT電流互感器主要應(yīng)用的是電磁感應(yīng)的原理，當(dāng)有交流電流通過(guò)高壓主回路中時(shí)，其互感器的線圈就能感應(yīng)產(chǎn)生一定的電流，這些電流可以轉(zhuǎn)換成一定的數(shù)值，然后進(jìn)入電源模。通過(guò)電源模塊對(duì)這些數(shù)值電流進(jìn)行一系列的整流、濾波處理，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)變成正常的電壓，然后來(lái)驅(qū)動(dòng)主控制模塊以及無(wú)線通信模塊的正常工作。

溫度傳感器可以順利采集到防爆開(kāi)關(guān)觸頭上的實(shí)時(shí)溫度值，并以通訊的方式將這些實(shí)時(shí)溫度值傳送到主控制模塊上，主控制模塊接收到信息后，則經(jīng)過(guò)一系列的分析和處理，再將其轉(zhuǎn)換成2.4 GHz的無(wú)線信號(hào)，最后通過(guò)無(wú)線方式傳送給高壓防爆開(kāi)關(guān)的綜合保護(hù)器，在此過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)溫度的異常報(bào)警，或者控制設(shè)備進(jìn)行跳閘保護(hù)等。如圖2所示各部件之間的空間結(jié)構(gòu)示意圖及相應(yīng)的組織順序[3-4]。

圖2 裝置組裝圖

本次研究中，最大的難點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)CT取電，以及實(shí)現(xiàn)無(wú)線信息的準(zhǔn)確傳輸。交流電流通過(guò)高壓回路時(shí)，易發(fā)生變化，需通過(guò)理論設(shè)計(jì)出有效的輸入電路模塊，并需做好相應(yīng)的電壓、電流保護(hù)措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的暢通。高壓防爆開(kāi)關(guān)運(yùn)行過(guò)程中，所處的復(fù)雜環(huán)境，易產(chǎn)生高溫、電磁干擾，很容易破壞信號(hào)的穩(wěn)定性，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，本裝置也可以對(duì)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行抗干擾處理，通過(guò)調(diào)節(jié)信號(hào)的強(qiáng)弱，減少低功消耗，確保正常穩(wěn)定地發(fā)送和接收無(wú)線信號(hào)。本裝置的各個(gè)模塊的工作原理如圖3所示[5-6]。

3 結(jié)果測(cè)試

將高壓開(kāi)關(guān)柜的額定電壓定為10 kV，電流630 A，通電5 min，對(duì)6個(gè)觸頭實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所示。

從表1可看出：在通電和不通電時(shí)，6個(gè)觸頭的所測(cè)得實(shí)際數(shù)據(jù)并一致，主要原因分析是系統(tǒng)本身造成的誤差。同樣發(fā)現(xiàn)不通電情況觸頭溫度稍低，主要原因是通電后觸頭容易發(fā)熱而引起的差別。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后，能充分地發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)柜內(nèi)各觸頭溫度，能很好地適應(yīng)各種運(yùn)行環(huán)境，有利于溫度恒定的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳播。

圖3 裝置工作原理圖

表1 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線測(cè)溫裝置在實(shí)際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，是一種非常有利于煤礦井下高壓防爆開(kāi)關(guān)的保護(hù)裝置，可避免在各種環(huán)境中產(chǎn)生的異常溫度，從而減少不穩(wěn)定信號(hào)的發(fā)生和傳輸，更有利于迅速準(zhǔn)確地做出判斷，及時(shí)報(bào)警，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少安全事故的發(fā)生。