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电力设备温度在线监测新技术介绍

作者:综合部 时间:2016-03-24
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常用温度在线监测相关产品存在的不足,急需温度在线监测的电力设备及其部位,温度在线监测的两种方式,温度在线监测装置的技术关键,WD/N型无线无源测温系统,应用WD/N型无线无源测温系统的技术解决方案。

1.常用温度在线监测相关产品存在的不足

1.1干式变压器绕组温度在线监测用温控器

温控器采用铂电阻作传感器,由于它无绝缘,进行耐压试验时必须将传感器与温控器分离,而实际运行中的过电压常损坏温控器;它的引线耐热不能满足干式变二次侧短路时,动热稳定350℃高温要求,传感器常烧坏。

1.2电力变压器油温在线监测的压力式带电阻式温度计

该温度计采用铂电阻作传感器,由于其自身电阻值太小,受引线电阻影响较大。特别是引线中多个接线端子接头电阻在运行中因氧化、松动、检修等引起变化是无法进行温度补偿的。所以普遍存在显示油温值与实际油温偏差过大的通病,影响显示温度值的可信度,又没有多部位油温监测,急需替代产品。

2.急需温度在线监测的电力设备及其部位

2.1中压开关设备

中压开关设备除老设备外,多数是封闭式结构,还带防误闭锁。运行时不能打开遮挡红外辐射的门或盖板进行红外检测。设备内部导电的接头和插头在运行、动作过程会因电磨损、机械操作和短路电动力引起机械振动等原因使接触电阻增加,引起温度升高,加剧接触表面氧化,造成设备重大故障。开关设备最经常发生故障的是手车触头和进出线端电缆连接处。

2.2干式变压器中压绕组

随着电力设备发展,出现110kV高电压干式电力变压器和铁路系统专用的干式变压器。其二次侧为610kV等级,还有一些二次侧电压高于660V的特殊干式变压器,对它们二次绕组温度监测还尚无可靠的在线监测产品。

2.3柱上变压器(公用变)低压出线端

公用变受户外环境影响,二次侧多数无保护,常出现烧毁事故。据统计,主要原因是出线端过热引起的。《电力变压器运行规程》中第5.1.4条变压器日常巡视检查内容中规定,其引线接头、电缆、母线应无发热迹象。以往是通过人为目测、滴水、观察套管是否漏油等办法进行判断。由于巡查工作量大,容易被忽视,造成公用变突发事故。当变压器三相负载严重不平衡时,过大的中线电流经偏小的变压器中线出线端,如果出线端接触又不良,则容易因发热被烧断,导致大量家用电器损坏。因此急需对其进行温度在线监测。

2.4箱式变电站

国内制造的箱式变是将相关设备组合在全封闭的箱体内,大多数未进行成套性设计、试验。因封闭、甚至多重封闭,结果影响设备散热。又由于设备降容幅度难以合理确定,均可能导致内部设备超温。国家电力公司在箱式变电站招标书中要求变压器、高低压电器所有设备的运行温度不超过其最高允许温度。这就需要对它们进行温度在线监测。目前箱式变一般仅对变压器油温进行检测并随其温度变化自动投切通风机。由于没有相应的产品配套,对变压器出线端、低压开关和高压开关进出线端的温度均没有按要求进行温度在线监测。

2.5电缆的接头和电缆终端与电器设备的连接处

电缆的接头处多为现场制作,如果制作、安装不到位经运行容易发生电接触问题而超温。从表1中发现电缆长期允许温度比电器外部导体连接端的最高允许温度低1540℃。由于两者标准的差异,使得电缆经常承受电器高温的危害,所以电缆与电器连接处成为薄弱环节,需重点防患。尤其需要对高压开关柜的进出线端电缆连接处进行温度在线监测。

3.温度在线监测的两种方式

现有温度在线监测方式主要有两种:红外辐射的非接触式和采用热敏器件的接触式测温。非接触式红外传感器由于受环境、湿度、大气压的影响较大,红外辐射受遮挡就无法准确测量,使用有很大局限性。而接触式的传感器直接与测温点相接触,受环境因素干扰小,可实现准确、快速温度检测。

现有接触方案的不足:采用热电偶作传感器时,由于热电偶冷端不可能保持在0℃,在室温下测定要加冷端补偿。在实际测量中热端与冷端间距较远时,还需要采用补偿导线。

采用光纤传感器,包括发射端、接收端、连接器和光纤。光纤传感器如何安装走线很成问题。光纤传输信号方案并不容易做到高低电位的完全隔离,当发射端安装高压端时,对地绝缘的问题也无法解决。

采用电阻式传感器直接接触测量,在高电位用有线输送信号,简单运用空气间隙隔离高低电位,通过红外光电转换传输温度信号是一个不错的办法。但红外发射、接收管外露,长期使用会落灰尘、污秽,使得信号传输的可靠性逐渐变差,影响测量值也是一个很难解决的问题。另外还必须进行现场专业安装调试,使用的便利性上不理想。

4.温度在线监测装置的技术关键

1)在低压系统检测主要技术是解决温度传感器绝缘又导热问题。在高压系统检测必须有效解决高电压窜入低电压系统的问题。因为感温元件在高压端,检测处理的控制单元在低压系统。所以技术核心是实现高压端与低电压系统的电位可靠隔离。

2)温度传感器(包括其引线)必须满足高温测量的稳定性和耐热性要求。因为它除了承受异常超温外,还必须耐受短路大电流的动、热稳定电流冲击时所产生的短时高温而不被损坏。

3)测温无补偿才能达到测温准确的要求。

5.WD/N型无线无源测温系统

WD/N型无线无源测温系统是我司研发应用于简单环境的温度监测系统,针对高压电力开关柜、变压器等设备关键部位的温度实现实时连续不间断监测,并将数据实时上传至数据中心,为集中监控、智能管理提供可靠平台,为设备安全稳定运行提供有力的保证。其目的是实现远程无人值守,集中监测,集中管理,提前发现异常,及时采取措施,预防重大事故的发生。WD/N型系统由无线无源温度传感器、数据采集器、采集器天线和系统监控软件等四部分组成。

产品可选择应用场所:(1)开关柜断路器触点温度在线监测及过热预警(2)母线接点温度在线监测及过热预警(3)电缆接头温度在线监测及过热预警(4)变压器与母线连接点温度在线监测及过热预警(5)互感器与母线连接点温度在线监测及过热预警(6)避雷器与母线连接点温度在线监测及过热预警(7)输电线路连接点温度在线监测及过热预警等。

5.1产品特点

无线温度检测,避免了有线方式的绝缘隐患;传感器完全无源,不需要更换电池,免维护期达10年以上。

测温实时性好,及时跟踪温度变化;可靠性高,高温、超低温环境可长期稳定工作;系统组件可定制化程度高,安装灵活便捷。

抗电磁干扰能力强,温度传感器采用抗干扰电场均衡技术屏蔽盒,抗电磁干扰能力强,实时数据远传可靠。

系统工作稳定、监测数据准确,具备温度超限和温升过快报警功能及温度变化趋势分析功能;系统运行时每2秒记录一次温度数据,可查看当日温度曲线、历史曲线、温度报表、系统日志等温度变化信息。

通讯主机支持多种通信,同时满足就地显示,液晶显示和实时数据远传的功能需求;数据传输协议通用性强,可方便、安全地接入本地数据监控中心。

5.2主要技术参数

本系统采用4层网络架构:

1)现场设备层最低层的是分布放置的无线无源传感器,传感器和被测点直接接触,实时监测参数变化;采集器天线放置在传感器芯片约5米范围内。数据采集器给传感器发送问询信号,监测结果返回到数据采集器,从而完成监测数据采集。

2)数据传输层网关通常以一个监控房间为单元,采用一个网关接多个数据采集器的方式。数据采集器通过RS485总线和网关连接,从而在网关完成多数据采集器的监测参数信息汇集;汇总数据也可以以61850103/104等协议和SCADA系统连接。

3)监控层针对同一区域、不同监控房间的数据,在监控中心进行汇集;计算机上安装综合监测系统软件,该软件对总线网关数据进行汇总分析,建立数据库系统以及智能管理平台,同时向远程监控端发送数据。

4)远程终端层本地监控中心与远程客户端通过网络实现监测数据实时同步,远程电脑使用WEB浏览器进行远程监测管理,也可以通过手机客户端软件进行远程监测管理。

6.应用WD/N型无线无源测温系统的技术解决方案

针对电力主要设备运行中超温事故多发的部分电力设备的薄弱环节和最热点部位的温度在线监测,提出如下具体的技术解决方案。

1)高压中置式开关柜的手车触头

采用捆绑安装方式的无线无源传感器和基本型数据采集器及系统监控软件组成的WD/N型温度监测方案。该“捆绑安装方式”是专门针对中置式开关柜手车触头温度在线监测设计的。它在保留原触头盒基本结构的基础上以加强绝缘的思路将相关的单元组合封闭在触头盒内,组成一个固定部件。

由于安装尺寸相同,便于新开关柜配置和在运设备改造。该方案由于红外发射管、接收管及其红外光气隙通道均被封闭,不受环境污秽影响,现场安装勿须特别调试。温度检测点是位于静触头上的固定嵌件上,能监测到静触头、母线、动触头、开关接线端的温度。控制单元可以安装在单机柜内上,便于察看、操控和接线。未改变手车上的结构,可靠性好。

2)高压开关柜的进出线端、隔离开关触头、敝开式手车触头、高压干式变压器绕组、高压(发)电机绕组

采用音叉螺栓固定方式和数据采集及系统监控软件组成的WF/N-N型温度监测方案。该方案部件是可以根据上述设备所用绝缘子的尺寸专门制作。它既作绝缘子又传输温度信号。该方案同样将红外发射管、接收管及其红外光通道封闭在绝缘子中。传感器可深入到各被测部位,安装方便。数据采集器同样装于盘面或壳体表面。

3)电力变压器(主变)的油及油箱

采用探针式无线无源传感器和多功能数据采集器及系统监控软件组成的WF/N-N型温度监测方案。该传感器探头不受引线电阻及其多个接线端子电阻变化而影响到数据采集的温度值。因此勿须进行温度补偿和调校,测温准确。同时适用于多个部位油温和油箱温度的在线监测。油温探头可装于变压器水银温度计或压力式温度计管座上,便于新变压器配置和在运变压器改造用。

4)柱上变压器(公用变)的低压三相出线端、中线出线端和油

采用柱状传感器和多功能采集器及系统监控软件组成的WF/N-N型温度监测方案。该传感器通过连接片固定在出线端上直接检测。由变压器a相和中线出线端提供采集器工作电源。控制单元具有超温报警示灯和RS485通信接口。该接口可以与低压综合配电箱通信接口对接,利用低压综合配电箱的通信通道将温度信号传输到监控中心,实现监控。

5)电缆的接头、电缆终端与电器的连接处

高压电缆终端与电器的连接处采用内嵌式传感器、自组网型数据采集器及系统监控软件组成的WF/N-N系列温度保护方案。无线无源传感器内嵌于电缆铜鼻子与电器连接处之间。

电缆内部或电缆头如果采用接触导体直接检测会影响电缆绝缘。可采用一体浇注成型的内置传感器和自组网数据采集器及远程控软件组成的WF/N-N型温度监测方案,通过内置无线无源传感器的检测监测方式,根据要求设置报警或监视其温升变化,加以防患。对于电缆插接头也可以采用同样办法监视其是否插接良好。