淺論無線測溫技術(shù)在智能化變電站10KV高壓開關(guān)柜中的研究與應(yīng)用
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劉丹
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:在智能化變電站設(shè)備中,對其基本結(jié)構(gòu)進行分析,以及智能化變電站設(shè)備的基本運行進行研究,從而實現(xiàn)10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的投入使用。在這個前提下,闡述介紹10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的主要內(nèi)容,對10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用優(yōu)缺點進行對比分析,希望更好的將在線測溫技術(shù)運用在智能化變電站10kV高壓開關(guān)柜上。
關(guān)鍵詞:高壓;智能化變電站;溫度測量
0 引言
在10kV配電網(wǎng)中,10kV高壓開關(guān)柜就是用來進行電氣配備的電氣設(shè)備,由于其工作時間較長,所以承擔(dān)的高負荷電流也就較多,由于高負荷電流的影響,并且10kV高壓開關(guān)柜的各組件接頭發(fā)生松動等現(xiàn)象,這會導(dǎo)致lOkV高壓開關(guān)柜中的電阻變大,如果電阻變大了,就會導(dǎo)致lOkV高壓開關(guān)柜內(nèi)部熱量升高,容易使其內(nèi)部出現(xiàn)一定的損壞,所以,采取的在線測溫技術(shù)至關(guān)重要,合理的控制10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)部的溫度,進而保證lOkV高壓開關(guān)柜能夠正常的運行。
1 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫的重要意義
在電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)負荷分配的重要電氣設(shè)備就是高壓開關(guān)柜。有時候,高壓開關(guān)柜長期長期使用,并且受到柜內(nèi)接點材質(zhì)不良、插頭位置不當(dāng)、動靜觸指彈簧沒有嚴密接觸等因素的影響,就會導(dǎo)致開關(guān)柜溫度變高,容易出現(xiàn)安全事故。某電網(wǎng)公司在2013~2014年這段時間內(nèi),高壓開關(guān)柜事故出現(xiàn)6起,在這6起事故中,由于發(fā)熱原因所引發(fā)的有3起,占事故總數(shù)的一半.同時,3起事故斗導(dǎo)致了主變壓調(diào)壓器跳閘以及母線失壓。這種情況,不僅容易使開關(guān)柜內(nèi)的相關(guān)電氣設(shè)備損壞.而且還會使大范圍停電,對企業(yè)和居民產(chǎn)生了較大的影響。所以我們要避免這種情況的再次發(fā)生,一定要采用相關(guān)技術(shù)手段,保障高壓開關(guān)柜能夠穩(wěn)定運行。
現(xiàn)階段,高壓開關(guān)柜一般都是金屬密封結(jié)構(gòu),這能對開關(guān)柜安全進行的保證,減少不必要的傷害。所以,以往的測溫方法已經(jīng)不能用于現(xiàn)在的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)尤其是KYN型中置移開式開關(guān)柜,絕緣材料對導(dǎo)電位置產(chǎn)生了大的干擾,導(dǎo)致以往的紅外測溫手段不能準對內(nèi)部設(shè)備的溫度進行測量。所以,在10kV高壓開關(guān)柜中要使用開關(guān)柜內(nèi)部測量的方法,對柜內(nèi)元件進行實時監(jiān)測,以便及時發(fā)現(xiàn)溫度過高的情況,也能更及時的對其進行處理,從根本上避免安全事故的發(fā)生。
2 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的主要內(nèi)容
10kV高壓開關(guān)柜的柜體一般是全封閉式的,由于柜內(nèi)的空間很小,并且柜中的設(shè)備較多,導(dǎo)致電氣設(shè)備的安全距離非常狹小,這就增加了測溫工作的難度。以往的測溫技術(shù)大多存在著一定的不足之處,使用以往的計術(shù)對10kV高壓開關(guān)柜測溫時,往往不能達到理想的效果。所以,研究新型的在線測溫系統(tǒng)勢在必得。
2.1基本原理
AW的工作原理主要是:采集器使用天線對SAW傳感器傳輸無線電磁波信號,SAW傳感器受到電池波信號后。叉指換能器引發(fā)聲表面波,導(dǎo)致聲表面波順著壓電基材表面?zhèn)鬟f到反射區(qū),然后再傳遞回又指換能器,最終由叉指換能器利用天線對采集器發(fā)射反向電磁波,采集器最后進行接收。
2.2系統(tǒng)構(gòu)成
a站控層。主要是站內(nèi)監(jiān)控磁通以及SCADA系統(tǒng)構(gòu)成,其主要功能為:實現(xiàn)站內(nèi)、遠程高壓開關(guān)柜實時檢測及應(yīng)用等。
b間隔層。這是測溫系統(tǒng)的集中服務(wù)器。各站內(nèi)都會設(shè)立一臺集中服務(wù)器,使用RS485總線的手段,使各個高壓開關(guān)柜的溫度采集器相連接,把站內(nèi)所有開關(guān)柜的溫度信息整體分類。并且間隔層還要提供103/104標(biāo)準通信規(guī)約.進而完成與站控層之間的溝通。同時,集中服務(wù)器應(yīng)同時提供24V的電源輸出,以供采集器正常工作。
c過程層。主要是傳感器以及天線。其中傳感器主要在高壓待測溫點進行安裝,如開關(guān)接頭、電纜出線接點以及進線母線接點等。
3 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的特點
3.1非接觸式的測溫技術(shù)的優(yōu)缺點
就我國情況而言,在10kV高壓輸電系統(tǒng)中,常用的開關(guān)柜就是XGN開關(guān)柜以及KYN開關(guān)柜。其主要組成是:隔離開關(guān)、斷路裝置以及電纜接點等組成,這樣開關(guān)柜中容易出現(xiàn)一定的雜物,比如一些灰塵或者堆放的雜物,這些灰塵和雜物直接對開關(guān)柜的工作情況產(chǎn)生影響,所以,就要關(guān)注這兩種電氣設(shè)備內(nèi)部清潔問題,對雜質(zhì)以及灰塵等及時進行清理工作,而且要正握其內(nèi)部的溫濕度,預(yù)防潮氣過大,影響其正常運行。目前的XGN開關(guān)柜中,一般都在導(dǎo)電的位置做相應(yīng)的絕緣熱縮處理,簡單來說,在XGN開關(guān)柜中,可能進行測溫的部分都用絕緣層進行覆蓋,在這種環(huán)境下,導(dǎo)致相關(guān)的檢測人員不能在開關(guān)柜外對設(shè)備的里面開展測溫工作。
3.2測溫裝置要進行高壓絕緣處理
在10kV高壓開關(guān)柜投入使用中,正規(guī)電壓額度為10kV,但外部檢測設(shè)備不能對其內(nèi)部開展的測溫工作,所以,就要采用在線測溫的方式,在變電站高壓開關(guān)柜中的需要著重注意的溫度點上,配置相應(yīng)的溫度檢測設(shè)備,把相對應(yīng)的溫度檢測信號接收裝置,安放在開關(guān)柜的之外或放置在開關(guān)柜表面,不管安置開關(guān)柜之外還是外表面,都要使用相應(yīng)的技術(shù)手段,把測溫裝置與接收裝置進行高壓隔離處理,其中需要關(guān)注的是,在進行測溫裝置前期安裝的時候,要格外小心,對開關(guān)柜內(nèi)部的電氣元件注意。防止其發(fā)生人為損壞,終上所述,測溫裝置的高壓絕緣設(shè)定會嚴重影響在線測溫技術(shù)的實施。所以.相關(guān)的技術(shù)人員要注意。
3.3對開關(guān)柜內(nèi)部原有電氣元件要注意
在10kV高壓開關(guān)柜中,一些相應(yīng)的電氣元件本就比較多,這些電氣元件具有相應(yīng)的操作原理.同時也具有相應(yīng)自身屬性.這些電氣設(shè)備要根據(jù)運行的實際情況,合理的選擇相應(yīng)的使用方法。在這種情況下,要想保證相應(yīng)測溫工作正常的運行,在安裝工作中就要注意,開關(guān)柜自身的電氣設(shè)備元件要保護.避免安裝過程中對其產(chǎn)生損壞,保證其能夠正常的運行,可以發(fā)揮出其原有的性能,只有這樣,10kV高壓開關(guān)柜的整體運行質(zhì)量才能得到提高。
3.4適應(yīng)開關(guān)柜內(nèi)部惡劣的工作環(huán)境
就我國目前情況而言。建設(shè)的10kV高壓開關(guān)柜比較多,但內(nèi)部結(jié)構(gòu)大多是全封閉式的金屬結(jié)構(gòu),開關(guān)柜內(nèi)部與外部是出于隔離狀態(tài)的.在開關(guān)柜的內(nèi)部,空氣大多不能正常流通,并且其溫度也相對較高,在工作中,其承擔(dān)的電流負荷量通常也比較大,有時變電站也會對其產(chǎn)生一定的電磁干擾,所以環(huán)境相對較為惡劣,在這種情況下,要想發(fā)揮出在線測溫技術(shù)的實際應(yīng)用效果,我們就要采取一定的科學(xué)手段、使用相應(yīng)的技術(shù)措施,對在線測溫技術(shù)的抗干擾能力進行提升,并且其負荷能力也要進行提高,進而保障在線測溫數(shù)據(jù)的完整性和實際性。
4 10kV高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)研究現(xiàn)狀
4.1紅外測溫法
紅外測溫法是非直接接觸測量方法中的典型方法?,F(xiàn)在的紅外測溫儀使用起來都很方便,大部分還具備一些擴展功能,比如可以進行拍照以及自動尋找最高溫度點,在現(xiàn)代電力行業(yè)中得到非常廣泛的應(yīng)用。但對于10kV開關(guān)柜來說,受到開關(guān)柜內(nèi)部元件及絕緣體的影響,紅外線可能被阻擋,使測溫工作難度,測量結(jié)果的精準性不能得到保證,校正進行中也會出現(xiàn)一些麻煩,所以其通用性就較低,只適用于早期的10kV開關(guān)柜的測溫工作。
4.2無線測溫法
無線測溫法是新型的的一種測溫方法。對于這種測溫方法來說,分散式測溫設(shè)備直接作用在每個測溫點上,但在溫度信息接收設(shè)備設(shè)立過程中,設(shè)立位置與開關(guān)柜要保留一定距離.可以使用無線技術(shù)的進行溝通.進而完成高壓的分離與絕緣工作。但是,無限測溫技術(shù)也存在一些不足。其中主要問題就是測溫設(shè)備穩(wěn)定性的問題,因為這種裝置使用的大多是電流感應(yīng)式電源,這種電源能量大小會因為電力荷我的改變發(fā)生變化,如果電力荷載變化情況過大,其能量的改變幅度也會特別大,這樣可能會引起測溫裝工作時可能出現(xiàn)斷電的情況。
4.3光纖測溫法
光纖測溫技術(shù)是近年研究開發(fā)的測溫技術(shù)。其優(yōu)點是能夠使開關(guān)柜內(nèi)存在的電氣元件在測溫過程中,能夠與檢測設(shè)備緊密接觸。隨著光纖的使用,大便利了測溫工作,其對附近的電磁環(huán)境具有一定的抵抗力,也避免對開關(guān)柜內(nèi)部機械元件的特性產(chǎn)生損壞,具有在輻射強、電壓高、侵蝕性打以及具有電磁影響等惡劣環(huán)境下能夠連續(xù)不間斷的進行測溫工作,這是其他測溫技術(shù)所不能實現(xiàn)的,所以非常適合10kV高壓開關(guān)柜中的測溫工作。
5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型
安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求,在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例,并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗,采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想,結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款的無線測溫軟件。
5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(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)備直接進行通信(如圖1),系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準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。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能??梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應(yīng),預(yù)防嚴重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),硬件兼容性強,軟件移植性好,應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力,快速的事件響應(yīng),友好的人機界面,方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理,接口簡捷明了,主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選)
■運行報表
查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能,設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
■設(shè)備提供以下凡種告警方式:
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警,可以向發(fā)送吿警信息短信.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。
通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如數(shù)據(jù)庫修改等)。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
■定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB(可選)
展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息, 設(shè)備溫度、通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息,可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化,包括測量量、信號量等信息(信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持)。
能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值,功率、電能趨勢曲線,電能環(huán)比,用電排名。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機APP(可選)
設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。
5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點,將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置,再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)(如圖2)。
圖2 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖
5.3.1安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種,分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求,可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同,考慮安裝方便的因素,選擇相匹配的傳感器。
5.3.2安科瑞無線收發(fā)器
無線測溫收發(fā)器共有3種,通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配,同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。
5.3.3安科瑞顯示終端
顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器,可嵌入式安裝于柜體上,若柜體開孔不便,也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時,也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。
6 結(jié)束語
隨著新技術(shù)的不斷研究與開發(fā),智能化自動變電站中10kV高壓開關(guān)柜的安全性也得到了保證.智能化變電站電氣設(shè)備狀態(tài)也被逐漸應(yīng)用到工作中,進而,10kV高壓開關(guān)柜的在線測溫技術(shù)也將更好更快的發(fā)展。
【參考文獻】
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