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电力设备温度在线监测技术分析

来源:福州科晟电子科技有限公司 方宏业  时间:2011-04-22 10:11  阅读:0

  陈 津1 ,许少冠2 ,蔡跃群2

  (1.福州科晟电子科技有限公司 350003;2.福建石狮电力有限公司 362700)

  摘 要:电力设备导电连接处、插接处在运行中引起接触状态的改变是固有不可避免的,只有通过该处温度在线监测才能反映其状态。因此推广应用温度在线监测产品非常必要。通过此类产品安全性、可靠性技术分析,提出具体技术要求和选用建议。

  关键词:智能电网、传感单元、独立安装、安全、可靠

  0 引言

  电力设备工作时,各部件正常发热不应超过其最高允许温度,才能保证安全运行。温度是衡量电气设备运行状态的重要参数之一。电力设备导电连接处、插接处的电接触状态不良是引起该处温度过高的重要原因,即使在正常工作电流下也会超过最高允许温度,因此必须监测电力设备的工作温度。电力设备载流回路的触头(接插处)和连接处因电磨损、机械操作、短路电动力引起的机械振动和连接处的热胀冷缩引起的蠕动、氧化等引起接触状态的改变是固有的不可避免的。此外,安装不到位、加工的质量问题、材质差异以及设计、施工、使用和环境等因素,造成其薄弱环节状态的恶化。通过该处运行的温度值能够综合地反映上述状态。因此必须监测电力设备的工作温度。

  开关设备是电力系统的关键设备,特别110kV、220kV变电站出口的12kV开关柜的运行状态直接影响到配电网的供电可靠性。我国提出大力发展智能电网。使得新一代的电力设备先进的温度传感器具有很大的发展空间,解决好空气复合绝缘开关设备温度在线监测,防止绝缘件过热老化是技术难题之一。目前我国生产的12kV中压开关柜主流产品为中置式手车柜,其手车触头因接触不良、运行振动等原因常出现过热。由于触头在触头盒内,散热性差,其超温导致触头盒绝缘老化而引发短路事故屡屡发生。电缆与开关、电器出线端的连接处由于电缆标准规定的长期允许温度比开关、电器接线端标准规定的长期允许温度低30-40℃,因此电缆经常承受开关、电器接线端高温的危害,成为过热事故的薄弱环节。开关柜载流事故已占载流故障77.8%。电力变压器绕组最热点温度接触式在线监测是防止变压器事故的重要措施。它比事后的油气监测更及时防止事故的发生。是变压器智能化的主要内容。随着电力设备容量的不断增长,高压大容量的干式变压器以及隔离干式变压器等其二次侧电压为12kV、6.3kV的绕组尚存在不安全的温度在线监测产品和不进行监测,不符合干式变压器国家标准要求。环网柜大量应用,其电缆终端常出现过热事故。箱式变电站中的变压器受箱体封闭,箱式变电站新国家标准规定不得采用风机而是采用自然通风,发热问题值得关注。变压器接线端最高允许温度为95℃常被忽视,其超温是引起变压器事故的主要原因。箱式变中的变压器必须降容使用,但降容系数又难以确定,因此在箱式变中采用温度在线监测更有利于变压器安全运行。

  预防开关设备载流回路过热的措施是国家电网公司十八项电网重大反事故措施之一,对开关设备温度监测已引起供电系统的关注。《带电设备红外诊断技术应用导则》已被大量用于高压电力设备温度检测。然而红外检测仪器只能检测到设备的表面温度,如果红外辐射受阻挡,就只能检测到温度在表面的“投影”,而不能检测到内部缺陷部位的真实温度。而且它是属离线监测,不能反映温度的变化过程和及时发现设备异常。所以推广应用电力设备内部温度在线监测产品非常必要。

  电力设备温度在线监测系统的建立,除了防止电力设备过热事故,提高供电可靠率,减少停电损失,实现状态检修外,还能减少异常发热损耗,起到节能效果。还有助于电力设备的合理设计和使用。

  1 国内现有电力设备温度在线监测技术分析

  对开关柜温度在线监测已引起行业的重视,国内已有许多课题研究和类似产品。主要有红外辐射非接触式和采用热敏器件接触式两种类型,非接触式测温的准确度和可靠性受镜头光学变形、拍摄角度、拍摄距离、被测表面形状和环境温度、湿度、大气压等因素影响测量温度不准。此类产品只能监测到红外光能够直视到的部位,又受安装空间距离限制等原因。

  接触式产品测温准确。主要有无线电磁发射型、光纤型和敞开空气红外型三种产品。光纤连接传送方案存在光纤封光层绝缘低表面污闪危险和柔软光纤布置难等不安全隐患;敞开空气红外传输方案在目前导电臂日趋全绝缘包裹状况,已难以在手车上实现安装,只好退出应用;无线电发射方案,因高低压端没有导电体连接被认为是安全的方案。然而它是以附件方式现场组装在导电臂或母线上,自身无绝缘,破坏导电臂结构,影响散热和绝缘,带来新的不安全隐患。导电臂或母线高温还会影响温度变换器工作的稳定性和寿命。同样在导电臂日趋全绝缘包裹情况,也难安装在导电臂上。况且电磁波受壳体各室间隔金属屏蔽和环境强电磁干扰,也大大降低信号传送可靠性。上述产品共同存在不能自身独立安装,必须依附在手车导电臂或母线上;感温元件耐热只考虑到150℃以下,没有考虑短路时350℃高温影响;没有考虑短路时大电流冲击对产品的影响;没有考虑其安装后对电力设备绝缘耐压和散热的影响;没有考虑产品在异常的高温环境下工作的稳定性;没有智能化功能等不足。

  2 JWD2电力设备温度监测保护装置

  产品的核心技术是具有自主知识产权含三项发明专利、三项实用新型专利和一项计算机软件著作权。专利产品化制造有触头盒传感单元、绝缘子传感单元、Q型套环传感谢单元和L型套环传感单元等四种新型温度传感器。触头盒传感单元用于监测触头盒内的静触头温度;绝缘子传感单元用于监测固定柜隔离开关触头、进出线端、干式变压器、特种变压器绕组温度;Q型套环传感单元用于监测手车的下动触头、电缆进出线端、油浸式、干式变压器绕组和电缆终端的温度;L型套环传感单元用于监测手车上的上动触头、母线连接处的温度。

  2.1 装置构成及原理

  本装置由含有不同传感单元、控制单元和专用屏蔽连接线组成。

  在高压侧热检测器把温度信号转化为电信号,电信号经过光电变换器转化为光信号,光信号经过红外发射传递到低压侧。低压侧将光信号还原为电信号,然后送入CPU进行处理并发出显示、执行和通信功能。

  2.2 装置创新点

  (1)本装置温度监测传感单元与触头盒或绝缘子合二而一,保留原有的触头盒或绝缘子结构及其功能。不另占安装空间,不破坏开关柜原结构,免于现场散件组装调试及固定。由于安装尺寸不变,安装简便。创造性地将传送温度信号的红外光封闭在触头盒或绝缘子或套环内部专用气隙通道中传输,防止外界污秽、光、热及机械变形等对温度信号的干扰。实现高压侧与低压侧无导线连接,从低压侧取得温度信号。

  (2)热检测器采用预埋入直接接触被测部位和通过引线伸入内部直接接触被测部位,使得测量部位准确、测量温度准确。创造性地把感应电源直接浇注在触头盒的母线穿孔中或浇注在套环中,用感应电源(CT)给光电变换器供电,避免停电更换电池和电池电压降低影响测量温度。温度传感单元模块化固封结构形成可直接独立安装的新型温度传感器。经试验验证,达到高可靠性和高安全性。采用高可靠性的NTC热敏电阻组成的热检测器,具有温度检测准确、离散性小、耐高温(350℃)和勿需温度补偿的特点。热检测器触及检测点的结构非常方便地直接接触载流回路的各种被测部位。

  (3)由于红外光不受电磁干扰,从而保证温度信号的稳定性,且采取各种防电磁干扰措施和软件处理,因此抗电磁干扰能力很强。单片机软件的成功开发,解决了温度信号二次转换过程中非线性问题,并实现智能化功能和通信。产品具有自动循环数显实时温度、曾经达到的最高温度及其发生的时间、记忆断电前最高温度、超温报警、启停风机、跳闸和通信等智能化功能。实现浏览温度设定值、更改设定值和通信机座号设定等均由盘面操作;安装、使用、操作简便等特点。

  本产品不存在上述同类产品的缺陷和不足。技术指标高、技术要求全面周到。经中国电力科学研究院质量检测中心、福建省计量科学技术研究所检测通过型式试验。采用传统的环氧树脂绝缘和二次布线,便于推广应用的创新产品。列入国家电网公司科技进步项目和国家科技部中小型创新基金支持推广项目。

  3. 结束语

  电力设备温度监测保护装置产品必须具备测量温度准确、测量部位准确;高压隔离可靠,严防高电压窜入低压控制系统和通信系统;信号传输可靠;感温元件、信号变换器和控制单元具备足够的耐高温性;能独立安装,其安装不破坏原设备结构,不影响设备绝缘和散热;不增加新的安全隐患;抗干扰能力强,也不会干扰其他控制设备;自给供电方式;具有智能化、通信功能才能达到安全可靠温度在线监测的要求,满足智能电网建设的需要。

  用户应该选用能触及到最热点部位的测量部位准、测量温度准确的接触式红外光传送温度信号、自身绝缘可靠、能独立安装、不会增加新的安全隐患,自给感应(CT)电源供电的产品。

  作者简介:陈 津,高级工程师,从事电器研究与制造工作。电话:13509366620

  许少冠,石狮电力有限责任公司副总经理兼总工程师 电力专业。

  蔡跃群,石狮电力责任有限公司运行部副主任,工程师,电力专业。

编辑:赵岩
信息发布者:福州科晟电子科技有限公司 方宏业 联系电话:0591-83519685 {dede:field.source/}
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