高壓防爆開關(guān)觸頭無線測溫保護裝置的設(shè)計分析

趙晶晶

（潞安集團五陽煤礦，山西 襄垣 046205）

引言

在煤礦井下，高壓防爆開關(guān)在合閘操作時，首先將短路小車操作到合適的合閘工作位置，然后再進行操作，當確保斷路器小車上的動觸頭與開關(guān)腔體后壁上的靜觸頭兩者之間牢固插接時，再合閘進行通電步驟。在實際操作中，保證動靜觸頭無間隙接觸，有利于在大電流通過時不會因為過多的接觸，導(dǎo)致動靜觸頭發(fā)熱而燒毀觸頭。但是由于開關(guān)突發(fā)的晃動、電流電壓不穩(wěn)、觸頭大小尺寸不符、斷路器接插不嚴、設(shè)備安裝不當?shù)雀鞣N原因，都很難準確地測量觸點的溫度，從而誘發(fā)各種安全隱患，針對以上問題，我們需研發(fā)無線測溫裝置，避免以上各種問題的發(fā)生。

1 設(shè)計原理

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

在實際應(yīng)用時，有兩個方面的技術(shù)問題需解決：

1）2.4 GHz無線通信技術(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并不能完全避免這個問題，但2.4 GHz無線通信技術(shù)則可以完美解決。裝置發(fā)射出無線信號，將采集到的實時溫度數(shù)值傳輸給高壓防爆開關(guān)的綜合保護器中，當出現(xiàn)異常高溫時，綜合保護器通過溫度檢測，就能及時的發(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)：溫度測量裝置的供電也面臨著各種問題，采用常用的電池，不僅電量有局限性，需時常更換，還容易產(chǎn)生安全隱患，采用CT取電方式，只要有電流通過溫度測量裝置就可以帶電工作，從而避免了電池類電源產(chǎn)生的各種問題。存在問題：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，則需要周密地計算和反復(fù)地實驗，不斷地完善才能解決。

2 設(shè)計方案

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

圖1 溫度測量保護裝置結(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，當有交流電流通過高壓主回路中時，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，然后進入電源模。通過電源模塊對這些數(shù)值電流進行一系列的整流、濾波處理，并進行轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)變成正常的電壓，然后來驅(qū)動主控制模塊以及無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關(guān)觸頭上的實時溫度值，并以通訊的方式將這些實時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)過一系列的分析和處理，再將其轉(zhuǎn)換成2.4 GHz的無線信號，最后通過無線方式傳送給高壓防爆開關(guān)的綜合保護器，在此過程中，可以實現(xiàn)溫度的異常報警，或者控制設(shè)備進行跳閘保護等。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，最大的難點是如何實現(xiàn)CT取電，以及實現(xiàn)無線信息的準確傳輸。交流電流通過高壓回路時，易發(fā)生變化，需通過理論設(shè)計出有效的輸入電路模塊，并需做好相應(yīng)的電壓、電流保護措施，來實現(xiàn)整個電路的暢通。高壓防爆開關(guān)運行過程中，所處的復(fù)雜環(huán)境，易產(chǎn)生高溫、電磁干擾，很容易破壞信號的穩(wěn)定性，對信號產(chǎn)生干擾，本裝置也可以對無線信號進行抗干擾處理，通過調(diào)節(jié)信號的強弱，減少低功消耗，確保正常穩(wěn)定地發(fā)送和接收無線信號。本裝置的各個模塊的工作原理如圖3所示[5-6]。

3 結(jié)果測試

將高壓開關(guān)柜的額定電壓定為10 kV，電流630 A，通電5 min，對6個觸頭實時溫度進行測試，結(jié)果如表1所示。

從表1可看出：在通電和不通電時，6個觸頭的所測得實際數(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。通過現(xiàn)場調(diào)試后，能充分地發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測柜內(nèi)各觸頭溫度，能很好地適應(yīng)各種運行環(huán)境，有利于溫度恒定的保護，實現(xiàn)信號的傳播。

圖3 裝置工作原理圖

表1 溫度傳感器實驗結(jié)果

4 結(jié)語

無線測溫裝置在實際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，是一種非常有利于煤礦井下高壓防爆開關(guān)的保護裝置，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)定信號的發(fā)生和傳輸，更有利于迅速準確地做出判斷，及時報警，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，減少安全事故的發(fā)生。