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高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)控系統(tǒng)/高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
1.高壓開關(guān)柜實(shí)行溫度在線監(jiān)測(cè)的必要性:
高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備?,F(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高,相應(yīng)地對(duì)高壓開關(guān)柜的可靠性也提出了更高的要求。隨著電網(wǎng)的發(fā)展和設(shè)備技術(shù)的提高,10,35kV系統(tǒng)開關(guān)柜在電網(wǎng)中已大量使用。而開關(guān)柜的內(nèi)部過(guò)熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見(jiàn)問(wèn)題,由于開關(guān)柜體的密閉性,在一些負(fù)荷較重的地區(qū),存在開關(guān)柜的溫升超標(biāo)問(wèn)題。開關(guān)柜的溫升超標(biāo),直接影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行,而且,過(guò)熱問(wèn)題是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程,如果不加以控制,過(guò)熱程度會(huì)不斷加劇,并對(duì)絕緣件的性能及設(shè)備壽命產(chǎn)生很大的影響。目前,對(duì)電力系統(tǒng)內(nèi)部使用的開關(guān)柜,嚴(yán)格遵守設(shè)備采購(gòu)程序及技術(shù)政策,確保入網(wǎng)的開關(guān)柜都通過(guò)型式試驗(yàn),尤其對(duì)溫升的要求比較嚴(yán)格。運(yùn)行中,負(fù)荷通常都不會(huì)達(dá)到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)滿容量,開關(guān)柜的溫升問(wèn)題應(yīng)該不會(huì)很突出,但是實(shí)際情況并不盡然。開關(guān)柜內(nèi)部實(shí)際溫升情況,尤其是母排連接等部位,通常總是比型式試驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)高。
2.高壓開關(guān)柜溫度過(guò)高的幾點(diǎn)原因:
(1)試驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)通常在試驗(yàn)室完成,持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng),一般不超過(guò)8h,不具備溫升累積效應(yīng),不能等同于長(zhǎng)期運(yùn)行并持續(xù)發(fā)熱的設(shè)備。
(2)不同金屬的膨脹效應(yīng)不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數(shù)要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線小得多,尤其是螺栓型設(shè)備接頭,在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化,其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產(chǎn)生蠕變,也就是金屬在應(yīng)力的作用下緩慢的塑性變形,蠕變的過(guò)程還與接頭處的溫度有很大的關(guān)系。實(shí)踐證明,當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度超過(guò)80℃時(shí),接頭金屬將因過(guò)熱而膨脹,使接觸表面位置錯(cuò)開,形成微小空隙而氧化。當(dāng)負(fù)荷電流減小溫度降低回到原來(lái)接觸位置時(shí),由于接觸面氧化膜的覆蓋,不可能是原安裝時(shí)金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻,將會(huì)使下一次循環(huán)的熱量增加,所增加的溫度又使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞,因而形成惡性循環(huán)。
(3)連接部位緊固螺栓壓力不當(dāng)。部分安裝或檢修人員在導(dǎo)體連接上認(rèn)為連接螺栓擰得愈緊愈好,其實(shí)不然。特別是鋁質(zhì)母線,彈性系數(shù)小,當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個(gè)臨界壓力值時(shí),若材料的強(qiáng)度差,再繼續(xù)增加不當(dāng)?shù)膲毫Γ瑢?huì)造成接觸面部分變形隆起,反而使接觸面積減少,接觸電阻增大,從而影響導(dǎo)體接觸效果。
(4)選用的導(dǎo)體材料電導(dǎo)率不滿足要求,多數(shù)屬于導(dǎo)體原材料純度不夠。
(5)現(xiàn)場(chǎng)的其它因素,比如可能存在安裝檢修工藝不當(dāng),如母線在加工、連接、安裝過(guò)程中,對(duì)母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒(méi)有涂電力脂等,導(dǎo)致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發(fā)熱。
現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能的依賴性*,用電密度越大的地區(qū)對(duì)電的依賴性越高,因而對(duì)供電設(shè)備的可靠性提出了越來(lái)越高的要求。做為目前普遍使用的小車式開關(guān)柜由于斷路器與開關(guān)柜之間采用插頭聯(lián)接,當(dāng)小車與開關(guān)柜因制造、運(yùn)輸及安裝不良等都將引起觸頭接觸不良,接觸電阻增大,出現(xiàn)觸頭溫升過(guò)高,甚至燒毀停電,這些現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜如進(jìn)線柜上尤為突出,且影響極大。電力系統(tǒng)高壓設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動(dòng),觸點(diǎn)和母線排連接處老化等問(wèn)題,造成設(shè)備過(guò)熱甚至出現(xiàn)嚴(yán)重事故.而開關(guān)柜內(nèi)有裸露高壓, 空間封閉狹小,無(wú)法進(jìn)行人工巡查測(cè)溫,傳統(tǒng)的測(cè)溫方式都無(wú)法有效地解決這個(gè)問(wèn)題. 無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)是將溫度傳感器安裝到開關(guān)柜內(nèi)的帶電接頭觸點(diǎn)上,在線測(cè)量該點(diǎn)溫度 后,以無(wú)線方式將數(shù)據(jù)上傳,集中顯示,并實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警.還可與電力自動(dòng)化系統(tǒng)連接,用 戶在遠(yuǎn)端監(jiān)視設(shè)備溫度運(yùn)行狀態(tài),系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度異常,自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警,以便及時(shí)消 除事故隱患. 為避免此類事故的發(fā)生,開發(fā)一種能即時(shí)監(jiān)測(cè)觸頭溫升的裝置顯得非常迫切(國(guó)外已有個(gè)別公司開發(fā)了這類產(chǎn)品)。
3.現(xiàn)有方案的比較
(1)普通測(cè)溫:常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫方式,需要金屬導(dǎo)線傳輸信號(hào),絕緣性能不能保證。 我們的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)具有優(yōu)異的絕緣性能,能夠隔離開關(guān)柜的高壓,因此能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點(diǎn)上,準(zhǔn)確測(cè)量高壓觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度。
(2)紅外測(cè)溫:紅外成像儀無(wú)法透過(guò)柜門測(cè)量?jī)?nèi)部設(shè)備,開關(guān)柜運(yùn)行時(shí)必須關(guān)閉柜門,導(dǎo)致紅外方式無(wú)法測(cè)量。 我們的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)溫度傳感器直接安裝到帶電物體的表面,可在封閉的柜體內(nèi)直接測(cè)量設(shè)備溫度后,以無(wú)線方式傳出。
(3)光纖測(cè)溫:光纖式溫度測(cè)溫儀采用光纖傳遞信號(hào),其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面,測(cè)溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折,易斷、不耐高溫。積累灰塵后易使絕緣性降低,且在柜內(nèi)布線難度較大,造價(jià)高。我們的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)沒(méi)有復(fù)雜的引線,*絕緣,造價(jià)低廉。
5.軟件簡(jiǎn)介
1.可將采集到的溫度數(shù)據(jù)按所屬變電站、開關(guān)柜以及線路進(jìn)行分別顯示,方便工作人員對(duì)每一級(jí)的情況進(jìn)行掌控。還可將采集到的溫度數(shù)據(jù)以web的形式發(fā)布,供企業(yè)內(nèi)部參考使用。
2.設(shè)有溫度報(bào)警閥值。如采集到的溫度數(shù)據(jù)高于此報(bào)警閥值,則在客戶端彈出報(bào)警窗口,提示工作人員采取必要措施。也可直接以短信通知相關(guān)人員。
3.具有直接顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)和高溫度數(shù)據(jù)的功能,也可查詢某個(gè)時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù),并繪制曲線,以圖形化的方式反映狀態(tài)量的變化情況。整個(gè)軟件簡(jiǎn)單明了,直觀方便,并具有電子地圖、時(shí)間跟蹤及打印功能,記錄、備份十分方便。
4.可通過(guò)軟件調(diào)節(jié)下位機(jī)和溫度傳感器的溫度報(bào)警閥值和測(cè)量時(shí)間。
6.技術(shù)特點(diǎn)分析
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓開關(guān)柜內(nèi)接點(diǎn)的運(yùn)行溫度, 可確定觸點(diǎn)接頭處的過(guò)熱程度, 當(dāng)發(fā)生超溫時(shí), 系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出 報(bào)警指示。溫度傳感器被安裝到開關(guān)柜內(nèi)的帶電觸頭上, 測(cè)溫通信終端負(fù)責(zé)收集開關(guān)柜內(nèi)所安裝的溫度傳感探頭的溫度數(shù)據(jù), 并將所收集的數(shù)據(jù)通過(guò)MODBUS 總線網(wǎng)絡(luò)傳到上位管理機(jī), 通過(guò)上位計(jì)算機(jī)中的軟件對(duì)所 接收到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)超過(guò)警戒的溫度或探頭故障則即時(shí)報(bào)警。采用*數(shù)字化及無(wú)線傳輸技術(shù), *的絕緣性能, 使用方便經(jīng)濟(jì)。無(wú)線傳感器內(nèi)部經(jīng)過(guò)特殊工藝處 理, 溫度參數(shù)變化通過(guò)無(wú)線傳輸方式到測(cè)溫通信終端。接收到的溫度信號(hào)準(zhǔn)確可靠。無(wú)論是安裝、運(yùn)行、維 修都會(huì)高度安全、可靠。不會(huì)對(duì)一次設(shè)備產(chǎn)生任何干擾和影響。標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì), 可方便擴(kuò)展與其它系統(tǒng)互連, 費(fèi) 用低廉, 安裝靈活。從溫度信息采集到數(shù)據(jù)處理、 顯示、通信自成系統(tǒng), 可與電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相連接, 也可和電力系統(tǒng)的局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)相連 接, 融入電力自動(dòng)化綜合控制系統(tǒng)。
1)高壓隔離:實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè),首先要解決高壓隔離問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō),解決這個(gè)問(wèn)題有兩個(gè)途徑:一是通過(guò)空間隔離,另一是通過(guò)光纖隔離??臻g隔離,信號(hào)可由光傳送或無(wú)線電傳送,本系統(tǒng)采用無(wú)線信號(hào)傳送,它具有隔離*、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、工作可靠等特點(diǎn)。而通過(guò)光纖隔離存在著沿面放電問(wèn)題,需要有較長(zhǎng)的沿面爬電距離。
2)抗干擾措施:高壓開關(guān)柜運(yùn)行在高電壓、大電流的狀態(tài),系統(tǒng)事故瞬間還出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁暫態(tài)過(guò)程,這些都產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)及強(qiáng)電磁干擾,這對(duì)于微電子系統(tǒng)及微弱信號(hào)處理非常不利。為消除這些干擾,同時(shí)采用各種抗干擾技術(shù):
1)在軟件設(shè)計(jì)上應(yīng)用數(shù)字編碼、解碼技術(shù),剔除干擾信號(hào),并使用了軟件濾波技術(shù)
2)在硬件上采用金屬屏蔽,加強(qiáng)各級(jí)濾波消除高頻干擾。檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處于同一電位,減少電場(chǎng)的影響。
3)采用ZIGBEE無(wú)線技術(shù)。ZIGBEE是一種搞可靠地?zé)o線通信方式:
物理層RF 通信鏈接
直序擴(kuò)頻采用高處理增益(DISSS)
明晰的信道檢測(cè)
對(duì)干擾能量進(jìn)行檢測(cè)
采用跳頻技術(shù)Frequency agility。
軟件協(xié)議抗干擾措施
基于CRC的誤碼檢測(cè)/校正
采取了避免沖突的策略CSMA/CA
為固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了的有保證的時(shí)隙
發(fā)送的數(shù)據(jù)包都有待于接受方的確認(rèn),如出現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行重發(fā)
保持?jǐn)?shù)據(jù)包的及時(shí)傳輸Packet data freshness
3)供電方式:為消除強(qiáng)電場(chǎng)的影響,溫度檢測(cè)器與測(cè)溫點(diǎn)處同一高電位,檢測(cè)器工作電源不能從外部供給,只能由內(nèi)部產(chǎn)生,為此,在主導(dǎo)電回路上安裝一感應(yīng)線圈作為電源。但由于開關(guān)柜工作電流變化很大,一般可達(dá)十幾倍,為保證感應(yīng)線圈能提供較為穩(wěn)定的電源,利用鐵芯磁飽和原理,適當(dāng)選擇鐵芯截面,小電流時(shí)鐵芯正常勵(lì)磁,大電流時(shí)鐵芯飽和,從而提供了變化幅度較小的電源,再通過(guò)電子穩(wěn)壓裝置,向檢測(cè)器提供穩(wěn)定可靠的電源(正常工作范圍30A-2000A)。
4)每個(gè)溫度探頭具有*的ID:當(dāng)無(wú)線傳感器發(fā)送被監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度的同時(shí),把其自身的編號(hào)(ID號(hào))也傳輸出來(lái),這些數(shù)據(jù)終被傳輸?shù)接?jì)算機(jī)時(shí),計(jì)算機(jī)根據(jù)事先在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的傳感器編號(hào)與安裝地點(diǎn)關(guān)系,自動(dòng)確定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度。
這一特點(diǎn)非常適合變電站具有大量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)用,提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,減輕了人工測(cè)溫時(shí)的繁瑣手工記錄工作。 (2)無(wú)線溫度數(shù)據(jù)傳輸傳感器與測(cè)溫終端之間采用無(wú)線連接,不需要在復(fù)雜的電網(wǎng)環(huán)境下增加額外的線路,既方便了系統(tǒng)的安裝與維護(hù),又減少了對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響,使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高。
5)每天24小時(shí)連續(xù)在線監(jiān)測(cè):傳感器每隔一定時(shí)間(可以事先設(shè)定)主動(dòng)及輪尋測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù),計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)收集并記錄所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警。解決了試溫片、紅外等測(cè)溫方法需要人工到現(xiàn)場(chǎng)巡視、掃描造成延誤而引起的故障。
6)系統(tǒng)具有趨勢(shì)分析功能:對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)作長(zhǎng)時(shí)間保存記錄,并實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。對(duì)溫度變化呈現(xiàn)逐步升高的監(jiān)測(cè)點(diǎn),在溫度沒(méi)有達(dá)到上限值之前,事*行預(yù)警,把故障消除在萌芽狀態(tài) 。
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