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淺談35kv高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間: 2024-08-16  點(diǎn)擊次數(shù): 232次

安科瑞 陳聰

摘要:近年來,隨著電力市場需求的日益增長,高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分,其本身的安全性、經(jīng)濟(jì)性也受到了人們的重視。本文著重介紹了35 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應(yīng)用情況﹐介紹了技術(shù)特點(diǎn)和工作原理﹐對(duì)其在35 kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用進(jìn)行歸納,以及變電站的無源無線測溫系統(tǒng)的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞:高壓開關(guān)柜;無線測溫;技術(shù);應(yīng)用

0引言

隨著電力市場對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需求不斷增加,對(duì)電力供應(yīng)的質(zhì)量和可靠性提出了更高的要求。在開關(guān)柜中廣泛采用新技術(shù)和新工藝,使得其可靠性得到了很大的提高。六氟化硫氣體具有良好的絕緣和消弧特性,在高壓開關(guān)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。全封閉高壓開關(guān)柜在長時(shí)間的高負(fù)載下,其散熱性能不佳,容易導(dǎo)致熱聚集,溫度上升會(huì)對(duì)電器的絕緣性能產(chǎn)生不利影響;全封閉高壓開關(guān)柜不能觀測到動(dòng)觸點(diǎn)與柜內(nèi)靜接觸位置連接、接地刀閘分合等情況,不能對(duì)柜體內(nèi)部進(jìn)行溫度測量,存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)高壓開關(guān)柜母排、電纜接頭的直接監(jiān)控,可以有效地降低由于過熱引起的火災(zāi)和大面積停電。

1高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應(yīng)用意義

電氣設(shè)備的導(dǎo)電連接部位松動(dòng),刀閘、斷路器接觸松動(dòng)等,都會(huì)使設(shè)備的溫度聚集,使有關(guān)部件的性能惡化,從而引發(fā)導(dǎo)線的熔融、絕緣擊穿,嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全。隨著鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)中的無人值守變電站將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用,對(duì)變電站內(nèi)的各種信息進(jìn)行更嚴(yán)格的控制,但目前變電站對(duì)主要設(shè)備的溫度監(jiān)測還處在初級(jí)階段,監(jiān)控范圍小,尤其是在密閉設(shè)備的溫度監(jiān)測中,更是處于“盲區(qū)”,技術(shù)水平也比較落后。目前變電所的高壓設(shè)備基本上都是封閉的,傳統(tǒng)的測溫方法是不可能的,有些裝置還采取了開孔和紅外線測溫器的方法,但其缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)地收集和發(fā)送數(shù)據(jù),對(duì)電力系統(tǒng)的絕緣性能有很高的要求;不能直接附著在高壓帶電裝置上,精度低需要檢查,還需要人在現(xiàn)場才能顯現(xiàn)效果,并且只適合于裸露的設(shè)備;但是,該模型的安全性更高。傳統(tǒng)的測溫方法不能滿足無人值守站對(duì)主要設(shè)備的關(guān)鍵位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的要求。研制一套適用范圍廣、安全可靠的測溫系統(tǒng),對(duì)重要設(shè)備(尤其是密閉裝置)的關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患,采取措施,防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大,對(duì)保障電網(wǎng)安全運(yùn)行意義重大。

2 35kV高壓開關(guān)柜常用幾種無線測溫傳感器的原理及技術(shù)特點(diǎn)

2.1無線測溫的原理

無線測溫的基本原理是:溫度傳感器、紅外溫度傳感器、半導(dǎo)體傳感器、表面溫度傳感器、被動(dòng)無線傳感器。熱敏傳感器的工作原理是,電阻會(huì)隨著溫度的變化而變化,熱敏電阻具有高度敏感性,可以很容易地檢測溫度變化;缺點(diǎn)是,阻值非線性,溫度范圍要求嚴(yán)格,元件易老化,使用壽命相對(duì)較短,隨著使用年限的縮短,精度及穩(wěn)定性也會(huì)下降。紅外溫度計(jì)的特點(diǎn)是無接觸式,不干擾被測物的狀態(tài);其不足之處在于易受溫度、濕度、輻射等因素的影響。半導(dǎo)體傳感器的精度較高,但與熱敏電阻器相比,它的反應(yīng)時(shí)間要比熱敏電阻器慢。半導(dǎo)體傳感器的優(yōu)勢在于安全性高,識(shí)別精度高,可靠性更高。它的特點(diǎn)是采用被動(dòng)式測溫,采用無線傳輸?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜溫度的測量。其優(yōu)點(diǎn)是體積較小,能耗低,但其缺點(diǎn)是訊號(hào)傳送距離較短,而且傳送時(shí)不能有障礙物,若受測點(diǎn)出現(xiàn)位移或振動(dòng),則會(huì)造成 相位的改變,從而影響溫度測量的精度。被動(dòng)式無線感應(yīng)器采用能源采集方式來獲取感應(yīng)器所需的能源,*摒棄了電池與常規(guī) CT的取電方式。利用等電位法實(shí)現(xiàn)了高壓電網(wǎng)的安全性和可靠性, EH技術(shù)具有循環(huán)、低能耗等特點(diǎn),是未來無線溫度測量的發(fā)展方向。

2.2該測溫的技術(shù)特點(diǎn)

以下是關(guān)于無源無線溫度測量系統(tǒng)的技術(shù)特性,即當(dāng)母排經(jīng)過交流電時(shí),會(huì)在母排附近形成一個(gè)交變磁場,通常這些磁場會(huì)被釋放到空氣中,不能被利用?,F(xiàn)在,主排上安裝一條特殊的金屬條,可以讓磁場中的能量在金屬條流動(dòng),而在金屬條上則有一個(gè)線圈,當(dāng)電流聚集到一起時(shí), MCU就會(huì)釋放出足夠的電流,然后再用無線網(wǎng)絡(luò)將熱量傳遞給 MCU。該傳感器采用了原來沒用的交流磁場,為 MCU提供能量,使其在不使用電池的情況下,可以長時(shí)間的工作,使用壽命超過10年,而且基本不需要維修。與一般的硅鋼片不同,硅鋼片有一條直線,一次電流和二次電流呈線性關(guān)系,當(dāng)一次電流很大時(shí),二次電流會(huì)被大量的二次電流所吸收,導(dǎo)致二次電流無法釋放,造成危險(xiǎn)。被動(dòng)式無線傳感器采用一種特別的合金,其線性范圍很小,磁場迅速達(dá)到飽和狀態(tài),初級(jí)電流持續(xù)上升,電流幾乎沒有增長,因此不需要加熱設(shè)備,也不會(huì)產(chǎn)生渦流和溫度上升。

被動(dòng)式無線溫度計(jì),其體積較小,安裝完畢后,其高度與動(dòng)接觸鐵環(huán)之高﹐基本不會(huì)對(duì)絕緣距離產(chǎn)生任何影響,也不會(huì)影響電力裝置的安全性。被動(dòng)式無線感應(yīng)器的訊號(hào)要從開關(guān)柜里傳出,相隔二十多米遠(yuǎn),所以沒有在開關(guān)柜里裝任何接收裝置,也沒有電纜﹐也沒有天線﹐只有一個(gè)感應(yīng)器,不會(huì)對(duì)電器安全產(chǎn)生任何影響。目前,我國的無線傳感設(shè)備大多采用高精度的進(jìn)口數(shù)碼傳感元件,且都是采用接觸式溫度測量。該傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)熱點(diǎn)附近的溫度變化的快速測量,使其精度得到很高的提高。所有的資料傳送程序都要經(jīng)過檢查﹐檢查出的資料都會(huì)被刪除﹐所以不會(huì)由于傳送而產(chǎn)生有誤差的溫度。小型,可裝于動(dòng)觸頭、靜觸頭、變壓器進(jìn)出線、刀閘等部位,一種多個(gè)傳感器的安裝形式,為施工提供了便利。

所有的傳感器的出廠號(hào)碼都是固定的,只需要在接收設(shè)備上進(jìn)行匹配就可以,不需要進(jìn)行前期的協(xié)調(diào),也不需要專門的維修和替換。傳感系統(tǒng)使用頻分多址技術(shù),各感應(yīng)器使用相同的波段進(jìn)行通信,所需的波段不會(huì)超過20 ms。被動(dòng)式無線測溫傳感器與其它環(huán)境溫濕度、帶電顯示、抽濕機(jī)、位移傳感器等傳感器均使用相同的通訊架構(gòu),能共用一個(gè)單一的接收裝置,方便日后安裝傳感器收集其它物理量。同時(shí),還集成了 MODBUS、61850等標(biāo)準(zhǔn)接口,可實(shí)現(xiàn)與其它廠商的通信。為其它平臺(tái)的資料分享,提供各種不同的分享界面。具有RS485通信接口、 TCP/IP通信接口、RS232通信接口。為方便用戶使用﹐有多種顯示接口﹐有分別的開關(guān)柜和變電所的顯示接口,并能將全省的資料集中在伺服器上。被動(dòng)式無線溫度計(jì)克服了電池供電不足的缺點(diǎn),提供更多的電力,所以即使是在較高的溫度下,也可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。溫度范圍為-45~125攝氏度,目前廠商仍在不斷改進(jìn),未來的溫度將會(huì)在-45~135攝氏度之間。

3無源無線測溫技術(shù)在35kV高壓開關(guān)柜中的應(yīng)用

為改善變電所的維修工作,及時(shí)解決高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題,選用了無線溫度測量系統(tǒng)。按有關(guān)規(guī)定,結(jié)合實(shí)際條件對(duì)35 kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試、測試,收集資料、分析,驗(yàn)證了該系統(tǒng)是可靠、實(shí)用的。采用無線測溫技術(shù)后,變電所對(duì)35 kV高壓開關(guān)柜的發(fā)熱問題進(jìn)行有效的控制,保證了供電安全。

4安科瑞無線測溫系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:

  1. 溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值,也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

  1. 溫度曲線:查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

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  1. 運(yùn)行報(bào)表:查詢及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

  1. 實(shí)時(shí)告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時(shí)提醒值班人員。

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  1. 歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

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4.3系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱

外形

型號(hào)

參數(shù)說明

系統(tǒng)組態(tài)軟件

Acrel-2000/T

硬件:內(nèi)存4G,硬盤500G,以太網(wǎng)口。

顯示器:21寸,分辨率1280*1024。

操作系統(tǒng):Windows764位簡體中文旗艦版。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2。

通訊協(xié)議:IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約

智能通信管理機(jī)

XSX03121

Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴(kuò)展。

無線測溫集中采集設(shè)備

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Acrel-2000T/A

壁掛式安裝

標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口

自帶蜂鳴器告警

柜體尺寸480*420*200(單位mm)

微信圖片_20210107164936

Acrel-2000T/B

硬件:內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口

顯示器:12寸,分辨率800*600

操作系統(tǒng):Windows7

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2

可選Web平臺(tái)/APP服務(wù)器

柜體尺寸為480*420*200(單位mm)

顯示終端

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ATP007

ATP010

DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;

可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。

HG9A9394

ARTM-Pn

面框96*96*17mm,深度65mm;開孔92*92mm;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接收60個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

HG9A5394

ASD320

ASD300

面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;開孔220*165mm;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接收12個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

智能溫度巡檢儀

HG9A9393

ARTM-8

開孔88*88mm嵌入式按照;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接入8路PT100傳感器,適用于低壓開關(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場合的測溫;

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ARTM-24

35MM導(dǎo)軌安裝;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出,用于低壓電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場所測溫;

無線收發(fā)器

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ATC450-C

可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。

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ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。

電池型無線測溫傳感器

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ATE100M

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。

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ATE200

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

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ATE200P

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護(hù)等級(jí)IP68;35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

CT取電型無線測溫傳感器

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ATE400

CT感應(yīng)取電,啟動(dòng)電流≥5a;-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空曠距離150米;

合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。

有線溫度傳感器

PT100

PT100

用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí),建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100

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NTC

用于低壓接點(diǎn)測溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時(shí),建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好

5結(jié)束語

總結(jié)了目前35 kV高壓開關(guān)柜采用常規(guī)無線測溫技術(shù)難以滿足要求。而高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,如果出現(xiàn)故障,將會(huì)造成很大的影響。35 kV高壓開關(guān)柜使用無線測溫技術(shù)進(jìn)行測量,測量設(shè)備的安裝方便、快速測量結(jié)果,更符合當(dāng)今技術(shù)的快速發(fā)展。在未來的溫度測量技術(shù)中,應(yīng)結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用狀況,對(duì)使用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)和研究,并在不斷的學(xué)習(xí)和摸索中完善溫度測量系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

[1]馬麗娜,楊陽.35 kV高壓開關(guān)柜無線測溫技術(shù)應(yīng)用分析

[2]黃詩敏.35kV開關(guān)柜局部放電帶電檢測技術(shù)應(yīng)用與仿真分析研究[D].北京:北京交通大學(xué),2015.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2020.06版

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10

 

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