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淺談10kV高壓開關(guān)柜電氣設(shè)備在線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)中封閉式 10kV 高壓開關(guān)柜的工程應(yīng)用需求,提出新型無源無線溫度傳感方法和開關(guān)柜無線測溫智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù),末尾結(jié)合變電站的掛網(wǎng)測試算例說明監(jiān)控系統(tǒng)的安裝工藝和應(yīng)用效果。該系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提高電網(wǎng)運(yùn)行部門的設(shè)備巡檢自動(dòng)化水平,加強(qiáng)電網(wǎng)設(shè)備的安全管控,同時(shí)具有廣泛的工程應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:無線測溫;在線監(jiān)測;開關(guān)柜;傳感器技術(shù)
一、引言
如今,對(duì)變電站設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度監(jiān)測無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)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(duì)狹窄。另外,當(dāng)前并沒有對(duì)測溫裝置制定統(tǒng)一的規(guī)范,通用性不強(qiáng),要實(shí)現(xiàn)電器元件的替換難度較高。因此,為了實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測,就需要結(jié)合公司現(xiàn)有的電站設(shè)備,對(duì)變電站關(guān)鍵部位溫度監(jiān)測需求進(jìn)行分析,研制出滿足變電站全自動(dòng)化溫度監(jiān)測的系統(tǒng)。
二、封閉高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)分析
變電站設(shè)備溫度監(jiān)測是指通過監(jiān)測設(shè)備對(duì)變電站關(guān)鍵部件的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,以了解設(shè)備的溫度變化情況,并做好實(shí)時(shí)預(yù)警工作,以減少高壓開關(guān)柜運(yùn)行事故的發(fā)生。因此,實(shí)時(shí)在線測溫具有以下兩種功能:一是實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度,了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),并做好應(yīng)急處理,減少事故發(fā)生;二是實(shí)現(xiàn)無人化的 24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控,減少人力消耗,降低運(yùn)行成本。高壓開關(guān)柜在測溫技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性,運(yùn)行安全可靠。裝置需要在開關(guān)柜內(nèi)長期穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)于系統(tǒng)和裝置都需要達(dá)到兼容性和經(jīng)濟(jì)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(duì)測溫環(huán)境進(jìn)行分析,對(duì)測溫方法及時(shí)進(jìn)行對(duì)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(xiàng)目 | 各種不同測溫方式比較 | ||||
測溫 | 紅外 | 光纖光柵 | 有源無線測 | 無源無線 | |
采集方式 | 貼片化 | 紅外非 | 機(jī)械傳 | 電子傳 | 非接觸聲 |
高壓側(cè)取 | -- | -- | -- | 困難 | -- |
觀測局 | 只可 | 只可 | 受空間 | 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 | 否 | 否 | 是 | 是 | 是 |
智能報(bào)警 | 無 | 無 | 有 | 有 | 有,兩級(jí) |
安裝難度 | 易 | -- | 難 | 易 | 易 |
維護(hù)難易 | 難 | -- | 較難 | 中等 | 簡易 |
安全程度 | 高 | 高 | 低 | 中等,存在 | 高 |
測溫精度 | 低 | 中 | 高 | 高 | 高 |
可靠性 | 低 | 中 | 中 | 中 | 高 |
表1可以看出,采用無源無線測溫技術(shù),使 10kV 配網(wǎng)設(shè)備接點(diǎn)溫度能夠得到實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測。采用無線傳感器能夠?qū)崿F(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(chǎn)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(hù)簡單。無源無線測溫方式彌補(bǔ)了其他傳感方式的缺陷,是電力系統(tǒng)溫度傳感技術(shù)上一個(gè)新的突破,具有很強(qiáng)的技術(shù)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(hù)效率。
三、10kV 開關(guān)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(yīng)用,高壓設(shè)備無源無線溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)主要由采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)組成,系統(tǒng)采用樹狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各級(jí)變電站的高壓室為第一層,在高壓室中的每個(gè)封閉式開關(guān)柜內(nèi)安裝無源無線溫度傳感采集設(shè)備,主要包含 6 個(gè)無源無線溫度傳感器(感溫裝置)和 1個(gè)無線測溫終端機(jī)(終端設(shè)備)。其中 6 個(gè)傳感器分別安裝在易發(fā)熱的接觸點(diǎn)位置,如出線接頭、梅花觸頭、進(jìn)線接頭等,終端機(jī)安裝在開關(guān)柜內(nèi)的低壓室內(nèi)。變電站為第二層,在每個(gè)變電站設(shè)置 1 個(gè)無線測溫前置機(jī),收集來自各采集終端機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)打包通過 IP 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至巡檢中心。巡檢中心為第三層,每個(gè)巡檢中心需配置 1 臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器,用來顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。如有需要,各巡檢中心還可將溫度信號(hào)發(fā)送至電力公司的主站服務(wù)器。系統(tǒng)的主站服務(wù)為第四層,可以為后臺(tái)服務(wù)人員提供準(zhǔn)確的溫度信息,方便及時(shí)作出安排處理。
鎧裝開關(guān)柜電氣設(shè)備無源無線測溫系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測,能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警和報(bào)警雙重設(shè)置,防范于未然,操作簡單合理,數(shù)據(jù)顯示豐富全面,其以下功能主要通過第三
和第四層來實(shí)現(xiàn):
(1)可以全天候監(jiān)測高壓開關(guān)柜的溫度變化,及時(shí)作出缺陷判斷。
(2)可以保存電氣設(shè)備的歷史溫度值,方便后期對(duì)比和判斷。
(3)可以進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析并繪制圖表,方便查看。
(4)可以對(duì)溫度值進(jìn)行高溫預(yù)警,防范監(jiān)測。
四、無源無線溫度監(jiān)測的應(yīng)用
1 、總體工程應(yīng)用思路
本文設(shè)計(jì)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(guān)鍵設(shè)備上的溫度,并通過無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)定算法對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并按照各個(gè)零部件預(yù)設(shè)的溫度設(shè)置實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。系統(tǒng)將分析得出的相關(guān)結(jié)論傳遞給設(shè)備運(yùn)維部門,設(shè)備運(yùn)維部門將根據(jù)系統(tǒng)傳遞的結(jié)果進(jìn)行綜合分析,并且制定設(shè)備運(yùn)維管理措施,減少設(shè)備故障次數(shù)和時(shí)間,提高配電運(yùn)行效率。。
2 、前期工程安裝
變電站總共有 8 個(gè)開關(guān)柜,本次設(shè)計(jì)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(gè)開關(guān)柜設(shè)有 12 個(gè)溫控監(jiān)測點(diǎn),合計(jì) 96 個(gè)溫度傳感器。另一部分為數(shù)據(jù)組網(wǎng),溫度監(jiān)測裝置 16 臺(tái)、監(jiān)測主機(jī) 2 臺(tái)。將前期施工流程劃分為 7 個(gè)步驟,如表 2 所示,從施工前的碰頭會(huì)開始,到前期準(zhǔn)備工作、安裝、調(diào)試、測試、到竣工驗(yàn)收,都有較為明確的施工標(biāo)準(zhǔn),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(nèi)容 | 備注 |
第一步 | 組織施工人員,分配施工人員的工作,技術(shù)交底,明確具體的工作職責(zé) | |
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(gè),斷路器兩側(cè)各 1 個(gè),線路側(cè)刀閘及出線電纜頭各 1 個(gè) | 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(shí)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(shí) 時(shí)溫度一致 | |
第六步 | 布主纜,將監(jiān)測主機(jī)電源線纜,信號(hào)線纜串聯(lián)并到主纜 | |
第七步 | 測試分析儀軟件配置參數(shù),編寫組態(tài)軟件,系統(tǒng)整體調(diào)試,試運(yùn)行,組織驗(yàn)收 |
五、效益分析
(1)無源無線測溫系統(tǒng)的投入使用,可以對(duì)開關(guān)柜的溫度進(jìn)行 7*24h 不間斷的實(shí)時(shí)監(jiān)測,及時(shí)發(fā)送準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù),防止因?yàn)殡姎庠O(shè)備溫度過高而造成電網(wǎng)故障。另外,該系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)報(bào)警功能,可以實(shí)現(xiàn)防范于未然,避免不可預(yù)估的損失產(chǎn)生。
(2)無源無線測溫系統(tǒng)的使用將之前的“被動(dòng)檢修"改變成為“主動(dòng)檢修"。可以為狀態(tài)檢修提供事前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,不斷提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平和供電可靠性。當(dāng)前供電公司已經(jīng)對(duì)部分變電站的開關(guān)柜進(jìn)行溫度在線監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對(duì)“狀態(tài)檢修"提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐和依據(jù)。通過該系統(tǒng)的投入使用也可以提高巡檢效率,減少運(yùn)維人員工作量,提升供電運(yùn)行效率。
(3)本系統(tǒng)投入運(yùn)行后,就可以不用安排檢修人員進(jìn)行定期現(xiàn)場維護(hù),并且能夠?qū)崟r(shí)了解設(shè)備運(yùn)行溫度,發(fā)現(xiàn)溫度變化即刻預(yù)警,可以減少設(shè)備運(yùn)行故障發(fā)生次數(shù)和時(shí)間,提高供電質(zhì)量,為電力企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益,也能夠保證用電企業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。假設(shè)本系統(tǒng)投入使用后,每年減少 1 次停電檢修,檢修時(shí)間為 8h,出線間隔平均 300A 負(fù)荷電流(約 5MW),則本項(xiàng)目 8 個(gè)間隔,每年可以多供電8*5MW*8h=320MWh,以每 kWh 電量價(jià)值 0.6 元計(jì)算,則可為企業(yè)多創(chuàng)造效益約 19.2 萬元,剛才計(jì)算的僅僅是本系統(tǒng)帶來的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際生活生產(chǎn)過程中,本系統(tǒng)還能夠減少停電次數(shù),提高供電質(zhì)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(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測,防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),降低設(shè)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(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
2、應(yīng)用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。
3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4、系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:
溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值,也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
溫度曲線:查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。
運(yùn)行報(bào)表:查詢及打印各測溫點(diǎn)某一時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(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(shí)提醒值班人員。
歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、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(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
七、結(jié)語
本文結(jié)合公司目前的電氣設(shè)備狀況,并且從開關(guān)柜測溫的傳感器技術(shù)、供能技術(shù)、通信技術(shù)等幾個(gè)角度進(jìn)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(guān)柜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)測溫方式進(jìn)行對(duì)比分析,制定符合高壓開關(guān)柜的測溫方式并進(jìn)行現(xiàn)場安裝測試,實(shí)施效果良好。本文就目前的推廣度進(jìn)行了分析,認(rèn)為通過系統(tǒng)的安全運(yùn)行可以帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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作者簡介:任運(yùn)業(yè),男,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殚_關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)。