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摘要:隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)向著高電壓、高容量的方向前進(jìn)著,電力系統(tǒng)全新的技術(shù)與設(shè)備層出不窮,電力的輸送能力不斷提升。然而,高壓電氣設(shè)備承載的高壓電力負(fù)荷也讓其自身的溫升問題成為了威脅電網(wǎng)穩(wěn)定的元兇,設(shè)備溫度已經(jīng)成為了當(dāng)下電網(wǎng)輸電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。本文基于高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因,對(duì)無線測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用進(jìn)行分析,剖析其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)并提供應(yīng)用實(shí)例,為我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與發(fā)展提供參考。
關(guān)鍵詞:無線測(cè)溫系統(tǒng);高壓電氣設(shè)備;優(yōu)缺點(diǎn)設(shè);備檢測(cè);無線測(cè)溫
我國電力系統(tǒng)中的高壓電氣設(shè)備有著多種多樣的連接點(diǎn),比如隔離的開關(guān)接頭、母線節(jié)點(diǎn)等。很多的設(shè)備由于制造或者安全過程中的質(zhì)量問題會(huì)出現(xiàn)接觸不良的問題,在使用過程中產(chǎn)生較大的電阻,從而出現(xiàn)溫升問題。
1、高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因
測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用離不開對(duì)溫升問題產(chǎn)生原因的剖析。一,高壓電氣設(shè)備自身的質(zhì)量問題和安裝問題,特別是在設(shè)備螺栓的連接處,連接點(diǎn)是否符合標(biāo)準(zhǔn),其緊固度是否達(dá)標(biāo)都影響著電阻的強(qiáng)弱。很多設(shè)備連接處在安裝時(shí)都會(huì)出現(xiàn)不平整和粗糙的問題,打磨上的不到位也會(huì)導(dǎo)致電阻的加大,接觸不良,進(jìn)而影響設(shè)備的使用使得溫升問題明顯。二,高壓電氣設(shè)備運(yùn)輸?shù)倪^程中不注意保護(hù),造成磕碰,導(dǎo)致連接點(diǎn)或者關(guān)鍵部位變形,進(jìn)而造成接觸不良。三,高壓電氣設(shè)備自身的金屬表面易發(fā)生銹蝕或者氧化反應(yīng),設(shè)備表面的問題也會(huì)影響設(shè)備的接觸,部分電氣設(shè)備的工作環(huán)境不佳,高溫、雨雪、大風(fēng)的環(huán)境因素更會(huì)加速設(shè)備自身的老化,造成溫升問題嚴(yán)重。四,外力因素影響設(shè)備連接處接觸不良。很多的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)情況比較復(fù)雜,設(shè)備安裝、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)也容易出現(xiàn)紕漏,導(dǎo)致很多電纜接頭、隔離開關(guān)部位接觸不良,溫升問題嚴(yán)重。五,設(shè)備長期處于高荷載的壓力下,高壓電氣設(shè)備自身承載了高壓電的輸送和應(yīng)用,一旦電流過大超過設(shè)備的承載能力,加之電流自身的熱效應(yīng)作用,會(huì)讓設(shè)備溫度急速上升。
在實(shí)際設(shè)備運(yùn)行中,斷路器、隔離開關(guān)、電纜接頭、套管和母線等裝置的接頭處,都會(huì)出現(xiàn)上述五個(gè)問題。這些區(qū)域的故障問題較多且是溫升問題的易發(fā)區(qū)域,在日常的巡檢和維護(hù)中,工作人員應(yīng)著重對(duì)其進(jìn)行檢查和維護(hù)。在進(jìn)行設(shè)備巡視時(shí),對(duì)裝置進(jìn)行溫度測(cè)量,既能掌握裝置在使用過程中的狀況,又能及時(shí)地檢測(cè)出因接觸不良或負(fù)載過大而產(chǎn)生的熱量過高。在帶電狀態(tài)下,因電流和熱量的影響,其內(nèi)部的溫度高于外界屬于正常的情況,但因設(shè)備本身的故障或者過大的負(fù)載而產(chǎn)生的熱量變化需要進(jìn)行密切的監(jiān)測(cè),這種溫升問題會(huì)加劇設(shè)備的老化,從而降低設(shè)備的壽命,甚至可能造成設(shè)備燒毀,因此對(duì)高壓電氣設(shè)備應(yīng)用測(cè)溫系統(tǒng)很需要。
在國內(nèi),采用較多的高壓電力設(shè)備測(cè)溫法是示溫蠟片法、紅外測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法和無線測(cè)溫系統(tǒng)。采用示溫法和紅外測(cè)溫器都是手工操作,不能實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù),而通過光纖測(cè)量,可以獲得實(shí)時(shí)的測(cè)量結(jié)果,但是在高、低電壓的情況下,不能隔絕環(huán)境因素,不能滿足高壓儀器的電氣儀表規(guī)范要求,而且在柜內(nèi)安裝時(shí),由于光纖不耐高溫以及布線困難等問題讓其安裝也存在著很大的阻礙。目前已有的無線測(cè)溫技術(shù),主要是依靠當(dāng)下無線傳輸模式,克服一次、二次環(huán)路的連接與附著問題,從而提升了高壓電力使用的安全性。
2、無源供電無線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用意義
(1)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
無源供電無線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為消除電網(wǎng)因開關(guān)柜因過熱帶來的安全運(yùn)行隱患提供了技術(shù)手段,解除由此造成經(jīng)濟(jì)危害和社會(huì)損失的可能。
(2)輔助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修
傳統(tǒng)的檢修模式,對(duì)于設(shè)備故障的維護(hù),往往是通過定期的巡檢來發(fā)現(xiàn)和解決,特別是對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的維護(hù)時(shí)間和周期較長,往往不能及時(shí)解決。通過建立在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警,更新了變電站的設(shè)備的維護(hù)模式,將更加保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
(3)為科學(xué)調(diào)度提供參考依據(jù)
建立溫度與負(fù)荷的關(guān)聯(lián)分析模型,根據(jù)負(fù)荷情況預(yù)測(cè)溫度變化趨勢(shì),為負(fù)荷控制提供決策依據(jù)。電力設(shè)備的狀況可能會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的情況造成較大影響,并且能反映出電網(wǎng)的運(yùn)行情況和負(fù)荷等。因此,對(duì)電力設(shè)備狀況的研究和監(jiān)控,將有助于電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行和輔助決策。
3、善于無源供電無線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
(1)系統(tǒng)組成
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器、測(cè)溫主控終端和監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)組成。溫度采集器的作用是進(jìn)行變電站設(shè)備刀閘、開關(guān)等接觸點(diǎn)的溫度采集,溫度采集器根據(jù)需要布置在多個(gè)點(diǎn)位上。溫度傳感器將多個(gè)開關(guān)柜的多個(gè)點(diǎn)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綔y(cè)溫主控終端,在測(cè)溫主控終端上再通過監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警等應(yīng)用。
(2)溫度傳感器
溫度傳感器是通過聲表面波原理,在設(shè)備表面接受到信號(hào)后,利用材料的物理特性將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。通過安裝在設(shè)備表面的溫度采集器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和溫度傳感器的反射波的接收,可以獲得連續(xù)的、穩(wěn)定的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù),為下一步的數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。
(3)溫度采集器
溫度采集器和溫度傳感器是對(duì)應(yīng)的,溫度采集器負(fù)責(zé)發(fā)射射頻信號(hào),溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號(hào),并上傳到主控終端。
溫度采集器的發(fā)射頻率為 428~439MHz,發(fā)射信號(hào)為單頻信號(hào),不同的頻率代表不同的信號(hào)。信號(hào)接收后,通過信號(hào)的放大、濾波等處理后,轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的電信號(hào),從而獲得溫度參數(shù)。
(4)測(cè)溫主控終端
測(cè)溫主控終端是無源供電無線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)備,主控終端是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的后期處理,包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、溫度告警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)設(shè)置及協(xié)議轉(zhuǎn)換。下行通過CAN總線或無線方式與溫度采集器連接,獲得所連接傳感器的溫度信息。根據(jù)設(shè)定的參數(shù),分析溫度信息以確定是否產(chǎn)生告警信息;上行與主站系統(tǒng)的通訊采用 RS485接口,并按照一定的規(guī)約,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
(5)監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用包括系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)設(shè)定、溫度信息的獲取和數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用和系統(tǒng)預(yù)警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)中,作為一個(gè)模塊作為應(yīng)用,也可以作為一套獨(dú)立的系統(tǒng),用于溫度的監(jiān)測(cè)和預(yù)警。這些功能都將對(duì)多臺(tái)電力設(shè)備的狀況監(jiān)測(cè)一體化,有助于設(shè)備管理人員了解分析狀況,保證設(shè)備的正常運(yùn)作。
(6)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
1.溫度顯示。對(duì)于設(shè)備各點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)顯示,溫度的發(fā)展趨勢(shì)和曲線,查看分析歷史記錄,該顯示可以通過電力系統(tǒng) SCADA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn),也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。
2.報(bào)警功能。報(bào)警功能是通過測(cè)溫主控終端的設(shè)定,按照現(xiàn)場(chǎng)管理需求,對(duì)溫度界限、絕對(duì)值等進(jìn)行管理,在溫度超過設(shè)定值,進(jìn)行預(yù)警,預(yù)警的方式包括主控終端蜂鳴預(yù)警、指示燈閃爍預(yù)警和短信息預(yù)警等。
3.設(shè)備參數(shù)設(shè)定。設(shè)備參數(shù)的設(shè)定包括對(duì)傳感器溫度校準(zhǔn)、預(yù)警溫度設(shè)定、發(fā)射和接受信號(hào)的頻率設(shè)定以及系統(tǒng)時(shí)間等功能。
4.綜合分析。綜合分析功能是對(duì)設(shè)備的溫度進(jìn)行故障分析、歷史趨勢(shì)分析以及數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)應(yīng)用等應(yīng)用功能,專家系統(tǒng)將為管理者提供設(shè)備故障分析結(jié)果,供參考和輔助決策。
5.遠(yuǎn)程維護(hù)。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)功能是對(duì)系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù),可以對(duì)設(shè)備的初始化、重啟以及系統(tǒng)升級(jí)等。
(7)通信方式
溫度采集器:通過無線方式采集開關(guān)柜內(nèi)一組傳感器的溫度數(shù)據(jù),其安裝位置沒有特別的要求,以方便取電、走線為原則,如開關(guān)柜的儀表室。
測(cè)溫主控終端:安裝在變電站主控室或其他方便與采集器進(jìn)行通信的場(chǎng)所,提供所有站內(nèi)溫度采集裝置與本地主站系統(tǒng)或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一的通信接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換。
站內(nèi)各溫度采集器、測(cè)溫主控終端均配置無線通信模塊,它們通過無線通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,變電站內(nèi)無需布線。
4、應(yīng)用場(chǎng)景
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