摘要:基于感應(yīng)取電和無線通信技術(shù),結(jié)合隔離開關(guān)的結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行在線測溫相關(guān)技術(shù)的理論分析與驗(yàn)證,解決在高電壓強(qiáng)電磁環(huán)境中在線測溫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無線傳輸、傳感器工作能源供給、設(shè)備高可靠性等方面的難題,通過溫升試驗(yàn),分析隔離開關(guān)不同影響因素作用下的觸頭溫度分布,在試驗(yàn)研究隔離開關(guān)不同觸頭材料和缺陷情況下的回路電阻,以及回路電阻與接觸溫度的對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上,研制出相應(yīng)的在線測溫裝置,并在運(yùn)行的戶外高壓隔離開關(guān)上進(jìn)行應(yīng)用。提出適用于隔離開關(guān)的低成本有效率的觸頭溫度實(shí)時監(jiān)測技術(shù),對及時發(fā)現(xiàn)高壓隔離開關(guān)觸頭的異常發(fā)熱缺陷,對保證設(shè)備安全運(yùn)行、提高供電可靠性具有重要意義。
關(guān)鍵詞:高壓隔離開關(guān);鉑電阻;無源無線;實(shí)時監(jiān)測;測溫系統(tǒng)
1. 高壓隔離開關(guān)是電力系統(tǒng)中裝用量大、應(yīng)用廣泛的高壓開關(guān)設(shè)備,根據(jù)中國電力科學(xué)研究院有限公司統(tǒng)計的國家電網(wǎng)公司高壓開關(guān)設(shè)備裝用情況,72.5kV及以上電壓等級的高壓隔離開關(guān)裝用量是高壓斷路器裝用量的4倍左右,且價格相對較低,運(yùn)行環(huán)境為高電壓、大電流、強(qiáng)電磁場,長期暴露于戶外面臨各種惡劣天氣,鑒于以上應(yīng)用需求,本文研究了一種低成本、效率、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性能好的高壓隔離開關(guān)溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線測溫終端、數(shù)據(jù)集中處理器和后臺監(jiān)控中心3部分組成,如圖1所示。
圖1無源無線高壓隔離開關(guān)溫度監(jiān)測系統(tǒng)
無線測溫裝置的研發(fā)涉及電流互感器(TA)取電裝置的設(shè)計、鉑(Pt)電阻溫度傳感器溫度信號監(jiān)測、模擬信號采集及數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)無線通信采集等各種技術(shù)。為了提高測溫系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性和運(yùn)行可靠性,項目設(shè)計時盡量采用集成芯片,減少分立元器件數(shù)量,對系統(tǒng)的每一部分都要周密考慮、精心設(shè)計,從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)始端到末端逐個環(huán)節(jié)進(jìn)行問題分析,根據(jù)分析結(jié)果以及經(jīng)驗(yàn)給出解決問題的實(shí)用技術(shù)。
2無源無線測溫裝置
感應(yīng)取電裝置的原理是利用電磁波進(jìn)行能量無線傳遞,并通過控制和調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓輸出;無線發(fā)射電路將溫度數(shù)據(jù)通過433MHz無線方式傳送至數(shù)據(jù)集中處理器,無線通信距離達(dá)300m。系統(tǒng)總體方案設(shè)計框圖如圖3所示。
圖2無線無源測溫裝置外形
圖3系統(tǒng)總體方案設(shè)計框圖
影響取能互感器輸出功率的因素有2點(diǎn):
(1)高壓導(dǎo)體上的電流大小;
(2)取能裝置的輸出功率。電流越大,取能裝置輸出的功率也越大;另外,取電電源模塊輸出電壓越大,輸出總功率也越大。
感應(yīng)取電裝置可以根據(jù)高壓導(dǎo)體的電流大小和測溫傳感器所需的功率調(diào)節(jié)工作模式,3種工作模式主要有待機(jī)模式、間斷工作模式、正常工作模式。
(1)當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體的電流非常小,不能提供模塊啟動所需消耗的電能時,取電裝置會處于待機(jī)狀態(tài),此時輸出電壓為零,為待機(jī)模式,這種情況下隔離開關(guān)一般為停電狀態(tài),不需要測溫。
(2)當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體有一定的電流,可以支持模塊啟動,但不足以長期支持測溫傳感器正常工作時,取電裝置會處于間斷工作狀態(tài),此時輸出電壓值為額定輸出電壓和OV跳躍變化的方波,為間斷工作模式,這種情況下隔離開關(guān)可能處于調(diào)試或者試驗(yàn)狀態(tài)。
(3)當(dāng)隔離開關(guān)高壓導(dǎo)體的電流足夠大,可以支持測溫傳感器長期工作時,取電裝置正常輸出測溫傳感器所需的功率,輸出穩(wěn)定的電壓,為正常工作模式,這種情況下隔離開關(guān)處于正常運(yùn)行狀態(tài),需實(shí)時監(jiān)測溫度。
3試驗(yàn)驗(yàn)證
文獻(xiàn)顯示,隔離開關(guān)導(dǎo)電回路發(fā)熱部位主要集中在觸頭接觸部位,導(dǎo)致發(fā)熱的原因主要有:(1)觸頭接觸面鍍層脫落,導(dǎo)體腐蝕或表面臟污引起的接觸不良;(2)觸頭材質(zhì)不良,接觸電阻變大,導(dǎo)致觸頭發(fā)熱;(3)合閘不到位,觸頭夾緊力不足,導(dǎo)致觸頭發(fā)熱。
本文依托GW6-252型隔離開關(guān)(見圖6),根據(jù)隔離開關(guān)觸頭發(fā)熱原因,人為設(shè)置了3類缺陷,進(jìn)行了不同觸頭材質(zhì)、不同表面臟污程度、不同夾緊力的溫升試驗(yàn),通過大量實(shí)際測試,驗(yàn)證無源無線實(shí)時溫度監(jiān)測裝置的各項性能,并得出了不同缺陷情況下隔離開關(guān)溫度變化曲線,如圖7~9所示。
由圖7可知:在夾緊力為400~600N時,接觸電阻變化不明顯,從25.8℃變化為26.3℃;夾緊力為200N附近時,溫升有了一定的提高。夾緊力會影響動靜觸頭接觸面積,而接觸面積變小,使接觸電阻變大,導(dǎo)致溫度微弱的提升。
圖6GW6B-252隔離開關(guān)試驗(yàn)平臺
圖7不同夾緊力熱點(diǎn)溫升
圖8不同污穢、不同夾緊力熱點(diǎn)溫升
圖9不同蝕點(diǎn)程度熱點(diǎn)溫升
從圖8可以明顯看出,相較于表面狀態(tài)正常情況下接觸壓力對溫升的影響,污穢缺陷對熱點(diǎn)溫升有顯著的影響。
4安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹
4.1概述
開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進(jìn)行測溫的系統(tǒng),可對開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭,柜體表面等部位溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,方便運(yùn)維人員及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況。
4.2應(yīng)用場所
變電所,配電室,箱變等
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通訊終端(溫度顯示儀)、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站三部分組成,
4.4系統(tǒng)功能
收發(fā)器選型
測溫通訊終端(溫度顯示儀)選型
典型配置方案
高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫(單柜就地顯示)
a)配置方案
說明:ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收60只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b)安裝實(shí)例
高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫帶操顯功能(單柜就地顯示)
a)配置方案
說明:ASD320通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
安裝實(shí)例
高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫(集中就地顯示/就地?zé)o顯示)
a)配置方案
說明:觸摸屏通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場不需要就地顯示,可以直接通過ATC的RS485接口,把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
安裝實(shí)例
就地壁掛式集中顯示方案(適用于改造,不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場)
方案一:Acrel-2000T/A就地集中顯示:
說明:Acrel-2000/A通過RS485接口連接ATC實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
方案二:Acrel-2000T/B就地集中顯示:
說明:Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實(shí)現(xiàn)集中顯示,還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實(shí)現(xiàn)集中顯示,同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機(jī)保護(hù)、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。
低壓電氣接點(diǎn)有線測溫、變壓器繞組測溫
a)配置方案
說明:ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器,有線連接,Pt100傳感器客戶自配,測量低壓電氣接點(diǎn)時Pt100傳感器需做好絕緣處理。
b)安裝實(shí)例
6結(jié)語
通過將無線測溫終端與感應(yīng)取電裝置安裝在高壓隔離開關(guān)上,由感應(yīng)取電裝置通過電磁互感的方式從高壓隔離開關(guān)上獲取電能,并提供給無線測溫終端,對高壓導(dǎo)體電流變化適應(yīng)能力強(qiáng),實(shí)現(xiàn)無線測溫的無源化,提高了安全性。無線測溫終端內(nèi)的Pt電阻溫度傳感器與高壓隔離開關(guān)直接接觸,對于目前應(yīng)用較多的非接觸、非實(shí)時監(jiān)測的紅外測溫方式來說,更加有效準(zhǔn)確;相比光纖有線測溫方式,環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。通過數(shù)據(jù)集中處理器擴(kuò)大無線測溫終端與后臺監(jiān)控中心的通信范圍,可以容納多臺終端同時進(jìn)行測溫,實(shí)時性高。本文的研究成果適用于變電站高壓隔離開關(guān)的實(shí)時溫度監(jiān)控,具有精度高、低成本、直觀可靠以及安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。