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                            高壓電氣設備實時在線溫度監測技術展望 發布時間:2016/10/9

                            一、引言

                            電力設備安全可靠性是超大規模輸配電和電網安全保障的重要環節,對電網電力設備進行安全運營實時監控成為必要。長期電網運行數據表明,電網電氣設備故障 大多是由于大電流運行、設備老化、絕緣水平下降等原因導致設備在高溫條件下運行,進而引發燃燒,爆炸等嚴重后果所造成。高壓開關柜是輸配電重要一次設備, 其安全運行對于電力正常輸送非常重要。GB/T11022-2011<高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求>第4.5.2節對各部件有 明確的溫升要求,但受制于傳統測溫方法的局限性,此要求未能全面執行。隨著技術的發展,該要求也越來越受到重視,2011年,中國南方電網公司出臺指導文 件,公司決定加大開關柜無線測溫裝置試用力度,在重要變電站開關柜上逐步加裝無線測溫裝置。

                            高壓開關柜是指用于電力系統發電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用的電氣產品,高壓開關柜工作電壓等級在3kV~40.5kV。高 壓開關柜為金屬封閉開關設備,在正常工作時,不允許打開金屬封閉門,所有電氣連接點均位于高壓開關柜中。由于開關柜內部工作電壓高,且正常使用中不能隨意 斷電,所以安裝于高壓開關柜內部的測溫系統,需要更高的電氣絕緣性,日常使用中的應減少維護量。

                            因此,高壓開關柜加裝安全、實時、少維護、全方位測溫系統既是設備自身標準,也是符合實際用戶需求,同時,也是智能電網發展的必然要求!

                            二、電氣設備測溫技術比較

                            目前,用于電氣設備的測溫技術主要有以下方法:紅外測溫技術、光纖傳感測溫技術、有源無線測溫技術、無源無線測溫技術。

                            (1)紅外測溫技術

                            紅外線測溫技術是通過吸收紅外線輻射能量,測量出設備表面的溫度及溫度場的分布,從而判斷設備的發熱情況。該方法只可測量在傳感器直視范圍內的測量點溫度,無法適用于針對開關柜內部的斷路器觸頭溫升的測量。

                            (2)光纖傳感測溫技術

                            光纖傳感測溫技術是依據光纖的光時域反射(OTDR)原理以及光纖的后向喇曼散射(Raman scattering)溫度效應。該技術組成的元件具有 結構簡單、耐腐蝕、小巧、測量靈敏度高等特點,而且不受電磁干擾影響,但開關柜內安裝不易,裝置成本較貴,經濟性差。同時,通過光纖隔離存在著沿面放電問 題,需要有較長的沿面爬電距離。

                            (3)有源無線測溫技術

                            有源無線測溫技術的原理是通過單片帶微處理器的傳感器將被測設備溫度信號轉換成數字信號,再通過無線發射模塊傳遞至接收器,接收器處理后將采集到的溫度 信息上傳到后臺顯示系統,該方法也是目前高壓開關柜實時測溫的主要方法。該技術結構簡單、小巧,可安裝于任何位置,但該技術必須采用電池供電或CT取電, 無法做到高低壓分離。電池供電方式需要定期更換電池,并且電池自身存在爆炸風險,維護量大;CT取電對電流大小有要求,電流波動大對測量精度影響較 大,CT取電方式存在安裝難度大的缺點。

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                            (4)無源無線測溫技術

                            無源無線測溫技術主要是利用了聲表面波(SAW,Surface Acoustic Wave)技術,具體原理就是將射頻信號發射到溫度傳感器的壓電材 料表面,然后將受到溫度影響了的反射波再接收回來轉換成電信號,從而獲取溫度數據。該技術利用了晶體材料的物理特性,無需常規供電電路,徹底解決了高低壓 分離的難題。該技術具有高低壓分離、安裝方便、測溫時間短、傳感器免維護等優點。

                            三、無源無線測溫需要解決的問題

                            以上對比可以看出,無源無線測溫技術應該是高壓開關柜測溫的最佳選擇。國外一些廠家可以生產基于聲表面波的溫度傳感器和溫度分析器,但都未在國內進行大規模應用。那么,是什么原因制約著該技術在開關柜測溫領域的應用。

                            首先,該技術是利用了晶體材料的物理特性,無法像有源無線方式對傳感器進行地址編碼,只能通過對傳感器的相應響應中心頻率進行區分,這需要對傳感器進行分頻設計,這對傳感器生產工藝有較高要求。另外,還需要防止同頻率傳感器的相互干擾。

                            其次,該技術使用的射頻信號,高壓開關柜接地良好,能夠屏蔽外界干擾信號,但是相鄰高壓開關柜之間通常使用同一根主母排,而射頻信號具有趨附效應,傳感器發射回來的射頻信號會沿著主母排表面傳輸到其他開關柜內,從而影響測量。

                            另外,傳感器反射信號相比發射信號強度至少小60dB以上,如何防止發射信號對其他溫度分析器的干擾也是一個難題,必須做到高速、有效的分時工作。

                            四、無源無線測溫新進展

                            目前,采用在開關柜主母排加裝一種能夠吸收射頻信號的新型材料,能夠有效吸收來自于相鄰或相隔開關柜的射頻信號。將這種新型材料與陶瓷材料融合在一起所 組成的吸波材料,一方面可以具有與陶瓷材料相近的絕緣性能,另一方面相鄰開關柜的射頻信號經過該材料后強度衰減一個量級以上,有效克服了相鄰或相隔開關柜 之間的射頻信號干擾。目前該方案已經實際應用于開關柜中,能夠實現多臺開關柜全部實現有效無源無線測溫。

                            五、總結

                            高壓開關柜安裝測溫裝置是產品標準,能夠滿足客戶要求,符合智能電網的發展方向,無源無線測溫技術是高壓開關柜測溫最佳選擇。無源無線測溫系統需要解決 傳感器分頻、射頻信號的屏蔽與吸收、射頻信號分時工作等問題。目前采用一種全新的吸波材料能夠有效解決多臺共母排開關柜間無源無線測溫中遇到的干擾問題, 使具有高低壓分離、安裝方便、測溫時間短、傳感器免維護等優點的無源無線測溫方法得以開關柜中實現實際應用。

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                            原標題:高壓電氣設備實時在線溫度監測技術展望

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