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    無線測溫在煤礦高壓電氣設備上的應用
    更新時間:2023-09-07   點擊次數:231次


    安科瑞王璐月

     


       摘要:隨著社會經濟的不斷發展,電力系統向著高電壓、高容量的方向前進著,電力系統全新的技術與設備層出不窮,電力的輸送能力不斷提升。然而,高壓電氣設備承載的高壓電力負荷也讓其自身的溫升問題成為了威脅電網穩定的元兇,設備溫度已經成為了當下電網輸電設備穩定運行的重要參數。本文基于高壓電氣設備溫升問題的原因,對無線測溫系統的結構與應用進行分析,剖析其應用的優缺點并提供應用實例,為我國電力系統的穩定運行與發展提供參考。

       關鍵詞:無線測溫系統;高壓電氣設備;優缺點

       我國電力系統中的高壓電氣設備有著多種多樣的連接點,比如隔離的開關接頭、母線節點等。很多的設備由于制造或者安全過程中的質量問題會出現接觸不良的問題,在使用過程中產生較大的電阻,從而出現溫升問題。

    1、高壓電氣設備溫升問題的原因

       測溫系統的應用離不開對溫升問題產生原因的剖析。一,高壓電氣設備自身的質量問題和安裝問題,特別是在設備螺栓的連接處,連接點是否符合標準,其緊固度是否達標都影響著電阻的強弱。很多設備連接處在安裝時都會出現不平整和粗糙的問題,打磨上的不到位也會導致電阻的加大,接觸不良,進而影響設備的使用使得溫升問題明顯。二,高壓電氣設備運輸的過程中不注意保護,造成磕碰,導致連接點或者關鍵部位變形,進而造成接觸不良。三,高壓電氣設備自身的金屬表面易發生銹蝕或者氧化反應,設備表面的問題也會影響設備的接觸,部分電氣設備的工作環境不佳,高溫、雨雪、大風的環境因素更會加速設備自身的老化,造成溫升問題嚴重。四,外力因素影響設備連接處接觸不良。很多的設備運行現場情況比較復雜,設備安裝、使用、維護等各個環節也容易出現紕漏,導致很多電纜接頭、隔離開關部位接觸不良,溫升問題嚴重。五,設備長期處于高荷載的壓力下,高壓電氣設備自身承載了高壓電的輸送和應用,一旦電流過大超過設備的承載能力,加之電流自身的熱效應作用,會讓設備溫度急速上升。

       在實際設備運行中,斷路器、隔離開關、電纜接頭、套管和母線等裝置的接頭處,都會出現上述五個問題。這些區域的故障問題較多且是溫升問題的易發區域,在日常的巡檢和維護中,工作人員應著重對其進行檢查和維護。在進行設備巡視時,對裝置進行溫度測量,既能掌握裝置在使用過程中的狀況,又能及時地檢測出因接觸不良或負載過大而產生的熱量過高。在帶電狀態下,因電流和熱量的影響,其內部的溫度高于外界屬于正常的情況,但因設備本身的故障或者過大的負載而產生的熱量變化需要進行密切的監測,這種溫升問題會加劇設備的老化,從而降低設備的壽命,甚至可能造成設備燒毀,因此對高壓電氣設備應用測溫系統很需要。

       在國內,采用較多的高壓電力設備測溫法是示溫蠟片法、紅外測溫法、光纖測溫法和無線測溫系統。采用示溫法和紅外測溫器都是手工操作,不能實時采集到的數據,而通過光纖測量,可以獲得實時的測量結果,但是在高、低電壓的情況下,不能隔絕環境因素,不能滿足高壓儀器的電氣儀表規范要求,而且在柜內安裝時,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。目前已有的無線測溫技術,主要是依靠當下無線傳輸模式,克服一次、二次環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、無線測溫系統結構與設備應用分析

       無線測溫系統的組成可以分為溫度傳感器部分以及溫度監測結果顯示與分析部分,也可以分為系統的硬件與軟件。如圖1所示的高壓電力設備無線測溫系統的結構,通常情況下,在開關柜、電纜接頭、保險絲等的交界處安裝有溫度傳感器,為了確保測量的準確性,傳感器通常與受檢處在相同的電壓位置,再利用無線技術把采集到的信號進行傳輸和顯示。為了確保溫度測量的安全性,對高電壓和低電壓工作部件進行絕緣,防止泄漏和其他事故。通常,在工作設備的外部表面上設有多個信道,用于對多個地點進行即時監控與數據處理,然后將接收機所接收的資料經由串行或并行端口傳送至電腦,經預先編制的程式加以分析及加工。

     

    圖 高壓電力設備無線測溫系統的結構示意圖

    2.1 溫度傳感器

       溫度傳感器的作用是把溫度信號轉換成電訊號,通常采用 Pt100 型溫差電偶計,其測量準確度可達 0.1攝氏度。也可采用零磁通微型電流傳感器,同樣具有較高的應用價值。從技術上來說,磁力傳感器選擇了低損耗的坡莫合金作為鐵芯,并利用特殊的負壓技術和保護手段,實現了對鐵芯的自動補償,使得鐵芯處于零磁通的理想工作條件下。無線溫度傳感器除了測溫器件之外,還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路和特定的頻率下的無線電通訊電路。為適應較高的工作條件,一般采用高溫、高壓的熱收縮管材包裝,并具有一定的防水、防塵性能,以保證長期使用。由于無線測溫設備通常工作區很小,所以在使用過程中要盡可能縮小其尺寸以滿足工作條件。當采用溫度傳感器時,可以采用耐熱的膠合線或膠合技術將熱敏元件與物件的外表相結合,但應注意保持接觸點的緊密,以降低測量的誤差。無線溫度傳感器應該具有較寬的線性工作范圍,通常選用-55~130 攝氏度的感溫元件,并針對各種工況結合測量精度和測量誤差的要求進行溫度傳感器的選擇。

    2.2 無線溫度檢測器

       無線溫度檢測器系統具有多個接收信道,能夠對多個不同的測點進行實時的處理和顯示。在無線溫度檢測器中設有判斷和故障處置功能,由工作人員預先設定一個安全區,由無線溫度檢測器將采集到的信息與設定的閾值進行比對,如果溫度超過該閾值,則進入故障處理模組,并將警示文字輸出,并輸出一組高、低的電平來啟動警報信號和聲音。無線溫度檢測器除了具備基本的檢測和警報的作用外,還具備了信息傳遞的能力,它可以通過一條數據線路或一條串/并端口通訊晶片與電腦相連,員工可以對多個開關、接觸部位進行實時監測,并對其運行狀態進行控制,從而及時發現存在的安全問題。

    2.3 實時溫度監測系統

       相較于上述的傳感器與檢測器此類硬件設施,實時溫度監測系統更偏向于無線測溫系統中的軟件系統。實時溫度監測系統是整體無線測溫硬件運行、數據處理、信號收集等功能的統合,通過客戶端的界面與工作人員進行聯系和指令的上傳下達。為了減少操作工人的勞動強度,技術工作者研制出符合以上所描述的實時溫度監測系統,以便對硬件部分測溫結果進行分析和處理。實時溫度監測系統具有溫度顯示、數據存儲、歷史數據分析對比、故障警示、故障分析、設備運行狀況分析等功能,可以對硬件部分的功能進行整合與補全。在實時溫度監測系統的設計中,可以將冗雜的數據處理工作采用一些模塊化的設計方法,將各模塊單元按照功能進行分解,分門別類的儲存數據與處理數據,這種模塊化的設計方法可以讓實時溫度監測系統具有更高的適用性與安全性。實時溫度監測系統能夠協助技術工作者進行大量的資料收集、提取、比較、分析工作,并能根據不同設備的不同溫度,實時報告各種異常狀況,確保各項裝置的正常工作。同時,實時溫度監測系統還具備較好的數學運算及可視化性能,能夠將某一時期的資料顯示為圖表,并對其進行數據標記,方便后期維護保養。

    3、無線測溫系統在高壓電氣設備上的應用優點與不足

    3.1 無線測溫系統在電氣設備中應用的技術優勢

       隨著科技的進步,無線測溫系統經過了無數次的升級與升級,其性能變得越來越強,對溫度的監測也越來越準確。當前的電力建設需要無線測溫系統越來越實時化、準確化,高壓電氣設備更是如此,無線測溫系統也隨著高壓電氣設備的應用而不斷調整。在訊號接收方面,無線測溫系統依據高壓電氣設備的特點,延伸出較高的信號頻率,具有良好的穩定性,不易被外界因素干擾。在信號傳輸上,采用了無線通訊技術,這種技術相對來說比較簡單,能耗和成本比較低,而且可以根據接收的數據進行分析和處理,實時監測到儀器的工作狀態,而不受天氣條件的限制??梢詫x器的溫度進行實時監測,避免漏檢。同時,還能按用戶的需求設定裝置的超溫報警器,并能通過聲音和信號向操作人員提示特定的設備位置。

    3.2 無線測溫系統在電氣設備中應用的不足

       采用了無線測溫系統的高壓電氣設備溫度測量,降低了變電站操作人員的巡視工作強度,也同時提高了設備的安全性能。但是,在實際使用中,無線測溫系統也存在著一定的缺點。首先,無線測溫系統是一種主動式的技術,它需要內置一個電池來供電,當電池耗盡時,無線測溫系統就會自動關閉,工作人員無法看到設備溫度,只能通過斷開線路來替換電池重新恢復連接,從而使變電所的開關工作和意外斷電的數量大幅度提高。為了解決這個問題,我們可以在技術上進行改進,將內置的電池換成被動式電源,利用固定點的電流產生的電磁波作為動力,使整個系統的可靠性得到了提升。其次,在實際應用中,電源裝置的一些溫控指標常常會出現故障,初步判斷為無線測溫傳感器電池電量不足所致,經停電更換無線測溫傳感器后,此現象依然存在。這種情況需要對現場進行檢測,對接收端的安裝進行調試,縮短與溫度測量點與無線測溫系統之間的距離,避免了這種情況的出現。另外,使用自帶有源技術的無線測溫傳感器不能更換電池,如果檢測到其電池的電量不夠,須對無線傳感器進行替換,這不但會提高儀器的維修費用,還會造成設備的資源消耗。

    4、無線測溫系統的應用實例

       與國外的無線測溫系統技術比較,國內的溫度測量技術發展相對滯后,但由于近年來國內產業對此的持續關注,在這一領域的投資、人力、物力都得到了提高。在電力產業中,有很多輔助設備裝置,尤其是對電力運行的監控設備。就是當線路運行到一定的負載或者是高溫的時候,這個裝置就會自動的停止供電,避免出現意外。這些實用的新型產品多用于高壓電氣設備,其各個接口都是事先安裝好的,無法替換。雖然一定程度上會減少電阻的產生,但是由于長期的工作,很容易造成故障,導致設備自身的電阻加大,在運行期間也會增加熱量。長期如此,容易易造成安全事故,危及人民的人身、財產的健康。針對這種情況,國內部分公司紛紛將無線測溫技術應用于電力生產中。隨著這項技術的普及,現在不僅是電力行業,而且還在具有溫升問題的其他行業中得到了廣泛的使用。

    5、應用場景

     

       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熱成為安全隱患,提高設備安全保障,及時、持續、準確反映設備運行狀態,降低設備事故率。

    6、系統硬件配置

       溫度在線監測系統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主機組成,實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

     

    7、結語

       由于傳感器、無線數據通信、數據挖掘等技術的不斷發展,高壓電氣的溫度實時監測系統將會變得更為科學。隨著無線測溫系統的應用和普及,我國的電力工業也更加穩定和安全,其技術的進步為我國的發展作出了貢獻。

    【參考文獻】

    [1]周學華,秦金偉,李建華,無線測溫系統在高壓電氣設備上的應用。

    [2]劉慧瑾,張大鵬,基于物聯網無線測溫系統在電廠的應用和研究[J],上海節能,2022(5):590-595。

    [3]李徽勝,基于物聯網技術的無線測溫系統設計[J],自動化技術與應用,2022,41(5):103-106。

    [4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版。


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