基于無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)

潘啟明

（貴州大方發(fā)電有限公司，貴州大方 551600）

基于無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)

潘啟明

（貴州大方發(fā)電有限公司，貴州大方 551600）

針對(duì)常規(guī)發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用母線(xiàn)保護(hù)存在的問(wèn)題，提出了采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)的措施。在傳統(tǒng)的繼電保護(hù)框架下，應(yīng)用非電量保護(hù)消除6 kV廠(chǎng)用母線(xiàn)故障時(shí)電量保護(hù)死區(qū)，以達(dá)到快速切換6 kV廠(chǎng)用母線(xiàn)故障，保護(hù)高壓廠(chǎng)用變壓器或啟動(dòng)備用變壓器等一次設(shè)備的目的。

廠(chǎng)用母線(xiàn)；無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)；溫度采集器；快速保護(hù)

0 引言

在常規(guī)發(fā)電廠(chǎng)，廠(chǎng)用母線(xiàn)無(wú)快速保護(hù)，是電量保護(hù)的死區(qū)。近年來(lái)，一些新的技術(shù)用于廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)，但由于投資大或接線(xiàn)復(fù)雜等原因未得到推廣。廠(chǎng)用母線(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致高壓廠(chǎng)用變壓器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高廠(chǎng)變）或啟動(dòng)備用變壓器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)啟備變）燒毀等事故，為此，本文采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)，通過(guò)測(cè)量開(kāi)關(guān)觸頭溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)。

1 廠(chǎng)用母線(xiàn)保護(hù)的現(xiàn)狀

如圖1所示，TA1應(yīng)用于啟備變差動(dòng)保護(hù)，TA2應(yīng)用于高廠(chǎng)變差動(dòng)保護(hù)，TA3應(yīng)用于負(fù)荷側(cè)的快速保護(hù)。6 kV廠(chǎng)用母線(xiàn)及TA1或TA2到TA3處母線(xiàn)無(wú)快速保護(hù)，僅由高廠(chǎng)變或啟備變的分支過(guò)流保護(hù)來(lái)切除母線(xiàn)故障。

圖1 廠(chǎng)用母線(xiàn)接線(xiàn)

為保證最大負(fù)荷啟動(dòng)、其他負(fù)荷運(yùn)行以及負(fù)荷側(cè)故障時(shí)不誤動(dòng)，高廠(chǎng)變或啟備變的分支過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間按階梯性原則進(jìn)行整定，動(dòng)作時(shí)間達(dá)1.2～2.0s，因此，當(dāng)母線(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)在2.0 s后才切除故障，可能導(dǎo)致高廠(chǎng)變或啟備變因長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流而燒毀。

2 廠(chǎng)用母線(xiàn)的故障特點(diǎn)

常規(guī)發(fā)電廠(chǎng)的高廠(chǎng)變或啟備變進(jìn)線(xiàn)均為封閉母線(xiàn)，6 kV廠(chǎng)用母線(xiàn)則是用母排連接各個(gè)盤(pán)柜，因此，不可能由于電纜絕緣損壞而導(dǎo)致母線(xiàn)故障。目前，6 kV廠(chǎng)用母線(xiàn)的常見(jiàn)故障點(diǎn)為電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)以及負(fù)荷開(kāi)關(guān)的上下動(dòng)觸頭和母排上的靜觸頭連接處。

由于定期測(cè)輔機(jī)絕緣等工作的需要，廠(chǎng)用母線(xiàn)上的開(kāi)關(guān)操作非常頻繁，開(kāi)關(guān)的觸頭保護(hù)罩經(jīng)常會(huì)因撞擊而破碎，碎片和其他異物殘留在開(kāi)關(guān)觸頭上或其附近，導(dǎo)致觸頭之間連接不到位，進(jìn)而產(chǎn)生接觸電阻或?qū)ν鈿し烹?，從而引起開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱甚至燒毀，最終導(dǎo)致母線(xiàn)接地等故障。

3 無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)

無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方法采用了聲表面波技術(shù)。聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波，實(shí)現(xiàn)了聲學(xué)和電子學(xué)的結(jié)合。聲表面波測(cè)溫的工作原理為：傳感器采用的是諧振型聲表面波傳感器，壓電晶體基片上的換能器通過(guò)逆壓電效應(yīng)將輸入的無(wú)線(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)后，被左、右兩個(gè)周期性柵條反射形成諧振；該諧振器的諧振頻率與基片的溫度有關(guān)，而且在一定溫度范圍內(nèi)諧振頻率與溫度呈非常線(xiàn)性關(guān)系；當(dāng)同一個(gè)換能器通過(guò)壓電效應(yīng)將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成無(wú)線(xiàn)應(yīng)答信號(hào)輸出后，就可以通過(guò)測(cè)量頻率變化得到溫度值，故聲表面波測(cè)溫器件為純無(wú)源器件。

采用聲表面波技術(shù)的無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)具有以下特點(diǎn)。

（1）無(wú)線(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)高壓隔離，無(wú)需電池，安全性極高。

（2）無(wú)源溫度傳感器體積小，與采集器之間用無(wú)線(xiàn)方式傳輸數(shù)據(jù)，安裝方便靈活，不受設(shè)備結(jié)構(gòu)和空間限制。

（3）溫度采集器的工作頻段為432～444MHz，而電力系統(tǒng)中噪聲頻段一般為300MHz，所以系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

（4）無(wú)線(xiàn)射頻信號(hào)具有一定的穿透繞射能力，可廣泛用于測(cè)量可視范圍內(nèi)及存在障礙物的各種物體的溫度。

（5）單點(diǎn)測(cè)溫時(shí)間可達(dá)1 s，測(cè)溫實(shí)時(shí)性好，測(cè)溫范圍可達(dá)-25～125℃。

4 基于無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)的廠(chǎng)用母線(xiàn)快速保護(hù)

廠(chǎng)用母線(xiàn)故障多數(shù)是開(kāi)關(guān)觸頭發(fā)熱引起的，采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)廠(chǎng)用母線(xiàn)、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，并且與高廠(chǎng)變、啟備變等快速保護(hù)模塊連接，既能對(duì)開(kāi)關(guān)觸頭惡化的過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，又能快速切除故障，同時(shí)還滿(mǎn)足了繼電保護(hù)快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求。無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器獲取觸點(diǎn)溫度，將溫度信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸?shù)綔囟炔杉鬟M(jìn)行相應(yīng)處理，進(jìn)而傳輸?shù)奖O(jiān)控終端以及保護(hù)回路。無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

圖2 無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架

為了更好地監(jiān)測(cè)廠(chǎng)用母線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜觸點(diǎn)溫度，在母線(xiàn)／母線(xiàn)支流與接觸器（高壓開(kāi)關(guān)）的進(jìn)、出線(xiàn)觸點(diǎn)的每相均安裝1個(gè)溫度傳感器，即每個(gè)開(kāi)關(guān)柜配備6個(gè)溫度傳感器和1個(gè)采集器。6 kV母線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)包括前端采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、監(jiān)控模塊及保護(hù)單元接口，由溫度傳感器、天線(xiàn)、溫度采集器、電源適配器、單機(jī)溫度顯示儀、多機(jī)溫度監(jiān)控終端及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成。溫度傳感器直接安裝在被測(cè)物體表面，負(fù)責(zé)接收、探詢(xún)射頻信號(hào)，并將帶溫度信息的射頻信號(hào)返回到采集器。數(shù)據(jù)讀取模塊完成射頻信號(hào)的放大、濾波及A／D轉(zhuǎn)換，最終實(shí)現(xiàn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)上行信道傳遞到上級(jí)設(shè)備進(jìn)行顯示、報(bào)警提示，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的閾值后，給保護(hù)單元一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)用母線(xiàn)的保護(hù)。

5 系統(tǒng)保護(hù)

通過(guò)測(cè)溫系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)觸點(diǎn)的溫度信號(hào)，由溫度采集器處理、識(shí)別每路溫度信號(hào)并判斷溫度的高低，發(fā)出報(bào)警信號(hào)或切除故障的命令。故障處理方式為：將溫度信號(hào)發(fā)送給電廠(chǎng)分散控制系統(tǒng)（DCS），通過(guò)DCS現(xiàn)有的跳閘回路切除故障。具體的信號(hào)傳遞方式根據(jù)電廠(chǎng)DCS預(yù)留接口確定。

系統(tǒng)安裝點(diǎn)示意如圖4所示，保護(hù)跳閘的出口情況為：（1）當(dāng)K1點(diǎn)故障，啟動(dòng)啟備變快速保護(hù)；（2）當(dāng)K2點(diǎn)故障，切除QF1開(kāi)關(guān)，并閉鎖QF2開(kāi)關(guān)合閘信號(hào)；（3）當(dāng)K3點(diǎn)故障，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)快速解列滅磁；（4）當(dāng)K4點(diǎn)故障，切除QF2開(kāi)關(guān)，并閉鎖快切信號(hào)；（5）當(dāng)K5點(diǎn)故障，切除整段母線(xiàn)；（6）當(dāng)K6點(diǎn)故障，切除QF3開(kāi)關(guān)。

圖4 系統(tǒng)安裝點(diǎn)示意

6 結(jié)束語(yǔ)

本文探討了利用先進(jìn)的無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)，讓繼電保護(hù)從原來(lái)的模式中解放出來(lái)，完善了保護(hù)功能，增強(qiáng)了繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和可靠性。

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 83

B

1674-1951（2015）08-0059-02

潘啟明（1982—），男，貴州天柱人，助理工程師，從事電氣專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：578023955＠qq.com）。

2015-01-05；

2015-06-30