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淺談10kV高壓開關柜電氣設備在線測溫系統(tǒng)的應用

閱讀:363        發(fā)布時間:2023-8-4

 

摘要:本文結合電網系統(tǒng)中封閉式 10kV 高壓開關柜的工程應用需求,提出新型無源無線溫度傳感方法和開關柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術,,末尾結合變電站的掛網測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應用效果,。該系統(tǒng)的應用可有效提高電網運行部門的設備巡檢自動化水平,,加強電網設備的安全管控,,同時具有廣泛的工程應用前景,。

關鍵詞:無線測溫,;在線監(jiān)測,;開關柜;傳感器技術

一,、引言

如今,,對變電站設備關鍵部位的溫度監(jiān)測無法實現(xiàn)全自動化監(jiān)控,部分溫度監(jiān)測裝置十分落后,,部分溫度監(jiān)測裝置是定制完成的,,用途相對狹窄。另外,,當前并沒有對測溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范,,通用性不強,要實現(xiàn)電器元件的替換難度較高,。因此,,為了實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測,,就需要結合公司現(xiàn)有的電站設備,對變電站關鍵部位溫度監(jiān)測需求進行分析,,研制出滿足變電站全自動化溫度監(jiān)測的系統(tǒng),。

二、封閉高壓開關柜在線測溫技術分析

變電站設備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設備對變電站關鍵部件的溫度進行實時監(jiān)測,,以了解設備的溫度變化情況,,并做好實時預警工作,以減少高壓開關柜運行事故的發(fā)生,。因此,,實時在線測溫具有以下兩種功能:一是實時監(jiān)測溫度,了解設備運行狀態(tài),,并做好應急處理,,減少事故發(fā)生;二是實現(xiàn)無人化的 24 小時實時監(jiān)控,,減少人力消耗,,降低運行成本。高壓開關柜在測溫技術上具有一定的先進性,,運行安全可靠,。裝置需要在開關柜內長期穩(wěn)定運行,對于系統(tǒng)和裝置都需要達到兼容性和經濟性的要求,,方便系統(tǒng)后期的拓展,。以上幾方面的要求需要對測溫環(huán)境進行分析,對測溫方法及時進行對比分析,,找到適合現(xiàn)場環(huán)境的測溫方法,。

表 1 各種不同測溫方式比較表

比較項目

各種不同測溫方式比較

測溫
貼片

紅外
測溫

光纖光柵
測溫

有源無線測

無源無線
測溫

采集方式

貼片化

紅外非
接觸

機械傳
感器

電子傳
感器

非接觸聲
學傳感器

高壓側取
電難易

--

--

--

困難

--

觀測局
限性

只可
直視

只可
直視

受空間
限制

無局限

無局限

溫度讀取

目測

紅外

光纖

無線

無線

在線監(jiān)測

智能報警

有,兩級
報警

安裝難度

--

維護難易

--

較難

中等

簡易

安全程度

中等,存在
供電隱患

測溫精度

可靠性

表1可以看出,采用無源無線測溫技術,,使 10kV 配網設備接點溫度能夠得到實時在線的監(jiān)測,。采用無線傳感器能夠實現(xiàn)高低壓電子元器件的物理絕緣,有效避免電子元器件之間的光波產生,。另外,,無線傳感器的安裝十分便捷,無需通信電線,,后期維護簡單,。無源無線測溫方式彌補了其他傳感方式的缺陷,是電力系統(tǒng)溫度傳感技術上一個新的突破,,具有很強的技術創(chuàng)新性,。

所以,本系統(tǒng)擬定采用無源無線的聲表面波溫度傳感器,,減少線路改裝,,提升安裝和維護效率,。

三,、10kV 開關柜無源無線測溫系統(tǒng)框架分析

本系統(tǒng)擬定采用多變電站解決應用,,高壓設備無源無線溫度實時監(jiān)測和預警系統(tǒng)主要由采集設備和軟件系統(tǒng)組成,系統(tǒng)采用樹狀網絡架構,。各級變電站的高壓室為第一層,,在高壓室中的每個封閉式開關柜內安裝無源無線溫度傳感采集設備,主要包含 6 個無源無線溫度傳感器(感溫裝置)和 1個無線測溫終端機(終端設備),。其中 6 個傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點位置,,如出線接頭、梅花觸頭,、進線接頭等,,終端機安裝在開關柜內的低壓室內。變電站為第二層,,在每個變電站設置 1 個無線測溫前置機,,收集來自各采集終端機設備的數據,并將數據打包通過 IP 網絡發(fā)送至巡檢中心,。巡檢中心為第三層,,每個巡檢中心需配置 1 臺監(jiān)控服務器,用來顯示并處理各變電站內高壓設備的溫度數據,。如有需要,,各巡檢中心還可將溫度信號發(fā)送至電力公司的主站服務器。系統(tǒng)的主站服務為第四層,,可以為后臺服務人員提供準確的溫度信息,,方便及時作出安排處理。

鎧裝開關柜電氣設備無源無線測溫系統(tǒng)主要實現(xiàn)溫度的實時監(jiān)測,,能夠實現(xiàn)預警和報警雙重設置,,防范于未然,操作簡單合理,,數據顯示豐富全面,,其以下功能主要通過第三

和第四層來實現(xiàn):

(1)可以全天候監(jiān)測高壓開關柜的溫度變化,及時作出缺陷判斷,。

(2)可以保存電氣設備的歷史溫度值,,方便后期對比和判斷。

(3)可以進行溫度數據的統(tǒng)計分析并繪制圖表,,方便查看,。

(4)可以對溫度值進行高溫預警,防范監(jiān)測,。

四,、無源無線溫度監(jiān)測的應用

1 ,、總體工程應用思路

本文設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)將直接采用溫度傳感器去采集關鍵設備上的溫度,并通過無線網絡傳遞給系統(tǒng)的核心部件,。將這些核心部件的溫度收集完成后,,系統(tǒng)設定算法對溫度數據進行統(tǒng)計分析,并按照各個零部件預設的溫度設置實時報警等功能,。系統(tǒng)將分析得出的相關結論傳遞給設備運維部門,,設備運維部門將根據系統(tǒng)傳遞的結果進行綜合分析,并且制定設備運維管理措施,,減少設備故障次數和時間,,提高配電運行效率。,。

2 ,、前期工程安裝

變電站總共有 8 個開關柜,本次設計的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)包括兩部分,,一部分為傳感器,,每個開關柜設有 12 個溫控監(jiān)測點,合計 96 個溫度傳感器,。另一部分為數據組網,,溫度監(jiān)測裝置 16 臺、監(jiān)測主機 2 臺,。將前期施工流程劃分為 7 個步驟,,如表 2 所示,從施工前的碰頭會開始,,到前期準備工作,、安裝、調試,、測試,、到竣工驗收,都有較為明確的施工標準,,以確保無源無線溫度檢測系統(tǒng)安裝完成,。

表 2 施工流程

步驟

內容

備注

第一步

組織施工人員,分配施工人員的工作,,技術交底,,明確具體的工作職責


第二步

查看現(xiàn)場,了解柜體情況,,明確打孔位置及距離,,柜門及走線


第三步

確定溫度傳感器的安裝位置。每相 4 個,斷路器兩側各 1 個,,線路側刀閘及出線電纜頭各 1 個

0kV 相間氣距離125mm

第四步

安裝傳感器,。首先,用航空膠將傳感器殼體固定在母排上,。然后,,2 小時后用扎帶或者絕緣帶固定,防止脫落


第五步

安裝完畢,,測試傳感器的溫度是否與實 時溫度一致


第六步

布主纜,,將監(jiān)測主機電源線纜,,信號線纜串聯(lián)并到主纜


第七步

測試分析儀軟件配置參數,,編寫組態(tài)軟件,系統(tǒng)整體調試,,試運行,,組織驗收


五、效益分析

(1)無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用,,可以對開關柜的溫度進行 7*24h 不間斷的實時監(jiān)測,,及時發(fā)送準確的監(jiān)測數據,防止因為電氣設備溫度過高而造成電網故障,。另外,,該系統(tǒng)提供實時報警功能,可以實現(xiàn)防范于未然,,避免不可預估的損失產生,。

(2)無源無線測溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動檢修"改變成為“主動檢修"??梢詾闋顟B(tài)檢修提供事前的數據準備,,不斷提高電網的安全運行水平和供電可靠性。當前供電公司已經對部分變電站的開關柜進行溫度在線監(jiān)測,,實現(xiàn)對“狀態(tài)檢修"提供科學的數據支撐和依據,。通過該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率,減少運維人員工作量,,提升供電運行效率,。

(3)本系統(tǒng)投入運行后,就可以不用安排檢修人員進行定期現(xiàn)場維護,,并且能夠實時了解設備運行溫度,,發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預警,可以減少設備運行故障發(fā)生次數和時間,,提高供電質量,,為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經濟效益,也能夠保證用電企業(yè)的正常運轉。假設本系統(tǒng)投入使用后,,每年減少 1 次停電檢修,,檢修時間為 8h,出線間隔平均 300A 負荷電流(約 5MW),,則本項目 8 個間隔,,每年可以多供電8*5MW*8h=320MWh,以每 kWh 電量價值 0.6 元計算,,則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約 19.2 萬元,,剛才計算的僅僅是本系統(tǒng)帶來的經濟效益。在實際生活生產過程中,,本系統(tǒng)還能夠減少停電次數,,提高供電質量,為供電企業(yè)贏得較好的口碑和效益,。

六,、安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1、概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭,、斷路器觸頭,、刀閘開關、高壓電纜中間頭,、干式變壓器,、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測,防止在運行過程中因氧化,、松動,、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設備安全保障,,及時,、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài),,降低設備事故率,。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊,系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU,、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,,安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高,。該系統(tǒng)具有遙信,、遙測、遙控,、遙調,、遙設、事件報警、曲線,、棒圖,、報表和用戶管理功能,可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況,,實現(xiàn)快速報警響應,,預防嚴重故障發(fā)生。

2,、應用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網,、鋼廠、化工,、水泥,、數據中心、醫(yī)院,、機場,、電廠、煤礦等廠礦企業(yè),、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

3,、系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4,、系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài),。系統(tǒng)具有以下主要功能:

  1. 溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值,,也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

  1. 溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線,。

  1. 運行報表:查詢及打印各測溫點指時間的溫度數據,。

  1. 實時告警:系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,,能夠對所有事件發(fā)出語音告警,,告警方式有彈窗、語音告警等,,還可以短信/APP推送告警消息,,及時提醒值班人員。

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  1. 歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理,,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,,查詢統(tǒng)計、事故分析等,。

5,、系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測,。

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七,、結語

本文結合公司目前的電氣設備狀況,并且從開關柜測溫的傳感器技術,、供能技術,、通信技術等幾個角度進行分析,確定采用無源無線在線監(jiān)測系統(tǒng),。本文主要從研究開關柜的內部結構進行分析,,對測溫方式進行對比分析,制定符合高壓開關柜的測溫方式并進行現(xiàn)場安裝測試,,實施效果良好,。本文就目前的推廣度進行了分析,認為通過系統(tǒng)的安全運行可以帶來一定的經濟效益和社會效益,。

參考文獻:

[1] 馮亦佳,張治忠.10kV高壓開關柜電氣設備在線測溫系統(tǒng)應用研究[J].現(xiàn)代信息科技,2019,003(015):179-180182

[2] 徐穎敏. 智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術研究[J]. 機電信息, 2013(9):2.

[3] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022年05版

 

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