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電力設備溫度在線監測新技術介紹

作者:綜合部 時間:2016-03-24
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常用溫度在線監測相關產品存在的不足,急需溫度在線監測的電力設備及其部位,溫度在線監測的兩種方式,溫度在線監測裝置的技術關鍵,WD/N型無線無源測溫系統,應用WD/N型無線無源測溫系統的技術解決方案。

1.常用溫度在線監測相關產品存在的不足

1.1干式變壓器繞組溫度在線監測用溫控器

溫控器采用鉑電阻作傳感器,由于它無絕緣,進行耐壓試驗時必須將傳感器與溫控器分離,而實際運行中的過電壓常損壞溫控器;它的引線耐熱不能滿足干式變二次側短路時,動熱穩定350℃高溫要求,傳感器常燒壞。

1.2電力變壓器油溫在線監測的壓力式帶電阻式溫度計

該溫度計采用鉑電阻作傳感器,由于其自身電阻值太小,受引線電阻影響較大。特別是引線中多個接線端子接頭電阻在運行中因氧化、松動、檢修等引起變化是無法進行溫度補償的。所以普遍存在顯示油溫值與實際油溫偏差過大的通病,影響顯示溫度值的可信度,又沒有多部位油溫監測,急需替代產品。

2.急需溫度在線監測的電力設備及其部位

2.1中壓開關設備

中壓開關設備除老設備外,多數是封閉式結構,還帶防誤閉鎖。運行時不能打開遮擋紅外輻射的門或蓋板進行紅外檢測。設備內部導電的接頭和插頭在運行、動作過程會因電磨損、機械操作和短路電動力引起機械振動等原因使接觸電阻增加,引起溫度升高,加劇接觸表面氧化,造成設備重大故障。開關設備最經常發生故障的是手車觸頭和進出線端電纜連接處。

2.2干式變壓器中壓繞組

隨著電力設備發展,出現110kV高電壓干式電力變壓器和鐵路系統專用的干式變壓器。其二次側為610kV等級,還有一些二次側電壓高于660V的特殊干式變壓器,對它們二次繞組溫度監測還尚無可靠的在線監測產品。

2.3柱上變壓器(公用變)低壓出線端

公用變受戶外環境影響,二次側多數無保護,常出現燒毀事故。據統計,主要原因是出線端過熱引起的。《電力變壓器運行規程》中第5.1.4條變壓器日常巡視檢查內容中規定,其引線接頭、電纜、母線應無發熱跡象。以往是通過人為目測、滴水、觀察套管是否漏油等辦法進行判斷。由于巡查工作量大,容易被忽視,造成公用變突發事故。當變壓器三相負載嚴重不平衡時,過大的中線電流經偏小的變壓器中線出線端,如果出線端接觸又不良,則容易因發熱被燒斷,導致大量家用電器損壞。因此急需對其進行溫度在線監測。

2.4箱式變電站

國內制造的箱式變是將相關設備組合在全封閉的箱體內,大多數未進行成套性設計、試驗。因封閉、甚至多重封閉,結果影響設備散熱。又由于設備降容幅度難以合理確定,均可能導致內部設備超溫。國家電力公司在箱式變電站招標書中要求變壓器、高低壓電器所有設備的運行溫度不超過其最高允許溫度。這就需要對它們進行溫度在線監測。目前箱式變一般僅對變壓器油溫進行檢測并隨其溫度變化自動投切通風機。由于沒有相應的產品配套,對變壓器出線端、低壓開關和高壓開關進出線端的溫度均沒有按要求進行溫度在線監測。

2.5電纜的接頭和電纜終端與電器設備的連接處

電纜的接頭處多為現場制作,如果制作、安裝不到位經運行容易發生電接觸問題而超溫。從表1中發現電纜長期允許溫度比電器外部導體連接端的最高允許溫度低1540℃。由于兩者標準的差異,使得電纜經常承受電器高溫的危害,所以電纜與電器連接處成為薄弱環節,需重點防患。尤其需要對高壓開關柜的進出線端電纜連接處進行溫度在線監測。

3.溫度在線監測的兩種方式

現有溫度在線監測方式主要有兩種:紅外輻射的非接觸式和采用熱敏器件的接觸式測溫。非接觸式紅外傳感器由于受環境、濕度、大氣壓的影響較大,紅外輻射受遮擋就無法準確測量,使用有很大局限性。而接觸式的傳感器直接與測溫點相接觸,受環境因素干擾小,可實現準確、快速溫度檢測。

現有接觸方案的不足:采用熱電偶作傳感器時,由于熱電偶冷端不可能保持在0℃,在室溫下測定要加冷端補償。在實際測量中熱端與冷端間距較遠時,還需要采用補償導線。

采用光纖傳感器,包括發射端、接收端、連接器和光纖。光纖傳感器如何安裝走線很成問題。光纖傳輸信號方案并不容易做到高低電位的完全隔離,當發射端安裝高壓端時,對地絕緣的問題也無法解決。

采用電阻式傳感器直接接觸測量,在高電位用有線輸送信號,簡單運用空氣間隙隔離高低電位,通過紅外光電轉換傳輸溫度信號是一個不錯的辦法。但紅外發射、接收管外露,長期使用會落灰塵、污穢,使得信號傳輸的可靠性逐漸變差,影響測量值也是一個很難解決的問題。另外還必須進行現場專業安裝調試,使用的便利性上不理想。

4.溫度在線監測裝置的技術關鍵

1)在低壓系統檢測主要技術是解決溫度傳感器絕緣又導熱問題。在高壓系統檢測必須有效解決高電壓竄入低電壓系統的問題。因為感溫元件在高壓端,檢測處理的控制單元在低壓系統。所以技術核心是實現高壓端與低電壓系統的電位可靠隔離。

2)溫度傳感器(包括其引線)必須滿足高溫測量的穩定性和耐熱性要求。因為它除了承受異常超溫外,還必須耐受短路大電流的動、熱穩定電流沖擊時所產生的短時高溫而不被損壞。

3)測溫無補償才能達到測溫準確的要求。

5.WD/N型無線無源測溫系統

WD/N型無線無源測溫系統是我司研發應用于簡單環境的溫度監測系統,針對高壓電力開關柜、變壓器等設備關鍵部位的溫度實現實時連續不間斷監測,并將數據實時上傳至數據中心,為集中監控、智能管理提供可靠平臺,為設備安全穩定運行提供有力的保證。其目的是實現遠程無人值守,集中監測,集中管理,提前發現異常,及時采取措施,預防重大事故的發生。WD/N型系統由無線無源溫度傳感器、數據采集器、采集器天線和系統監控軟件等四部分組成。

產品可選擇應用場所:(1)開關柜斷路器觸點溫度在線監測及過熱預警(2)母線接點溫度在線監測及過熱預警(3)電纜接頭溫度在線監測及過熱預警(4)變壓器與母線連接點溫度在線監測及過熱預警(5)互感器與母線連接點溫度在線監測及過熱預警(6)避雷器與母線連接點溫度在線監測及過熱預警(7)輸電線路連接點溫度在線監測及過熱預警等。

5.1產品特點

無線溫度檢測,避免了有線方式的絕緣隱患;傳感器完全無源,不需要更換電池,免維護期達10年以上。

測溫實時性好,及時跟蹤溫度變化;可靠性高,高溫、超低溫環境可長期穩定工作;系統組件可定制化程度高,安裝靈活便捷。

抗電磁干擾能力強,溫度傳感器采用抗干擾電場均衡技術屏蔽盒,抗電磁干擾能力強,實時數據遠傳可靠。

系統工作穩定、監測數據準確,具備溫度超限和溫升過快報警功能及溫度變化趨勢分析功能;系統運行時每2秒記錄一次溫度數據,可查看當日溫度曲線、歷史曲線、溫度報表、系統日志等溫度變化信息。

通訊主機支持多種通信,同時滿足就地顯示,液晶顯示和實時數據遠傳的功能需求;數據傳輸協議通用性強,可方便、安全地接入本地數據監控中心。

5.2主要技術參數

本系統采用4層網絡架構:

1)現場設備層最低層的是分布放置的無線無源傳感器,傳感器和被測點直接接觸,實時監測參數變化;采集器天線放置在傳感器芯片約5米范圍內。數據采集器給傳感器發送問詢信號,監測結果返回到數據采集器,從而完成監測數據采集。

2)數據傳輸層網關通常以一個監控房間為單元,采用一個網關接多個數據采集器的方式。數據采集器通過RS485總線和網關連接,從而在網關完成多數據采集器的監測參數信息匯集;匯總數據也可以以61850103/104等協議和SCADA系統連接。

3)監控層針對同一區域、不同監控房間的數據,在監控中心進行匯集;計算機上安裝綜合監測系統軟件,該軟件對總線網關數據進行匯總分析,建立數據庫系統以及智能管理平臺,同時向遠程監控端發送數據。

4)遠程終端層本地監控中心與遠程客戶端通過網絡實現監測數據實時同步,遠程電腦使用WEB瀏覽器進行遠程監測管理,也可以通過手機客戶端軟件進行遠程監測管理。

6.應用WD/N型無線無源測溫系統的技術解決方案

針對電力主要設備運行中超溫事故多發的部分電力設備的薄弱環節和最熱點部位的溫度在線監測,提出如下具體的技術解決方案。

1)高壓中置式開關柜的手車觸頭

采用捆綁安裝方式的無線無源傳感器和基本型數據采集器及系統監控軟件組成的WD/N型溫度監測方案。該“捆綁安裝方式”是專門針對中置式開關柜手車觸頭溫度在線監測設計的。它在保留原觸頭盒基本結構的基礎上以加強絕緣的思路將相關的單元組合封閉在觸頭盒內,組成一個固定部件。

由于安裝尺寸相同,便于新開關柜配置和在運設備改造。該方案由于紅外發射管、接收管及其紅外光氣隙通道均被封閉,不受環境污穢影響,現場安裝勿須特別調試。溫度檢測點是位于靜觸頭上的固定嵌件上,能監測到靜觸頭、母線、動觸頭、開關接線端的溫度。控制單元可以安裝在單機柜內上,便于察看、操控和接線。未改變手車上的結構,可靠性好。

2)高壓開關柜的進出線端、隔離開關觸頭、敝開式手車觸頭、高壓干式變壓器繞組、高壓(發)電機繞組

采用音叉螺栓固定方式和數據采集及系統監控軟件組成的WF/N-N型溫度監測方案。該方案部件是可以根據上述設備所用絕緣子的尺寸專門制作。它既作絕緣子又傳輸溫度信號。該方案同樣將紅外發射管、接收管及其紅外光通道封閉在絕緣子中。傳感器可深入到各被測部位,安裝方便。數據采集器同樣裝于盤面或殼體表面。

3)電力變壓器(主變)的油及油箱

采用探針式無線無源傳感器和多功能數據采集器及系統監控軟件組成的WF/N-N型溫度監測方案。該傳感器探頭不受引線電阻及其多個接線端子電阻變化而影響到數據采集的溫度值。因此勿須進行溫度補償和調校,測溫準確。同時適用于多個部位油溫和油箱溫度的在線監測。油溫探頭可裝于變壓器水銀溫度計或壓力式溫度計管座上,便于新變壓器配置和在運變壓器改造用。

4)柱上變壓器(公用變)的低壓三相出線端、中線出線端和油

采用柱狀傳感器和多功能采集器及系統監控軟件組成的WF/N-N型溫度監測方案。該傳感器通過連接片固定在出線端上直接檢測。由變壓器a相和中線出線端提供采集器工作電源。控制單元具有超溫報警示燈和RS485通信接口。該接口可以與低壓綜合配電箱通信接口對接,利用低壓綜合配電箱的通信通道將溫度信號傳輸到監控中心,實現監控。

5)電纜的接頭、電纜終端與電器的連接處

高壓電纜終端與電器的連接處采用內嵌式傳感器、自組網型數據采集器及系統監控軟件組成的WF/N-N系列溫度保護方案。無線無源傳感器內嵌于電纜銅鼻子與電器連接處之間。

電纜內部或電纜頭如果采用接觸導體直接檢測會影響電纜絕緣。可采用一體澆注成型的內置傳感器和自組網數據采集器及遠程控軟件組成的WF/N-N型溫度監測方案,通過內置無線無源傳感器的檢測監測方式,根據要求設置報警或監視其溫升變化,加以防患。對于電纜插接頭也可以采用同樣辦法監視其是否插接良好。

 

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