基于無線通訊及絕緣的多監(jiān)測參量系統(tǒng)

劉光祺,王科,馬儀,陳磊,彭晶,項恩新,劉紅文

(云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217)

基于無線通訊及絕緣的多監(jiān)測參量系統(tǒng)

劉光祺,王科,馬儀,陳磊,彭晶,項恩新,劉紅文

(云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,昆明 650217)

針對中壓箱、柜式組合電器發(fā)熱及放電現(xiàn)象,介紹了基于無線通訊及絕緣技術(shù)的溫度、電流、相對濕度、臭氧多參量監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)及測試情況,測試結(jié)果表明該系統(tǒng)能正確監(jiān)測溫度、電流、相對濕度和臭氧數(shù)據(jù),測量偏差可接受,系統(tǒng)運行正常。

無線通訊及絕緣技術(shù)；電流；溫度；相對濕度；臭氧

0 前言

中壓箱、柜式 “組合電器”裸露于空氣中的隔室,因運行振動、負(fù)荷變化、裝配及元件缺陷等原因不可避免存在接頭發(fā)熱、局部放電現(xiàn)象[1-4]。發(fā)熱缺陷在電氣設(shè)備上出現(xiàn)的最多,運行振動、安裝工藝偏差、材質(zhì)缺陷等均會導(dǎo)致[5]。無線測溫、光纖測溫也有較多的應(yīng)用[6-8]。據(jù)統(tǒng)計,云網(wǎng)目前安裝無線測溫系統(tǒng)的開關(guān)柜達(dá)1236面,占總數(shù)的14.16%,透可見光的紅外玻璃應(yīng)用也較多[9-10]。

濕度對箱柜空氣隔室元器件絕緣有重要影響,文獻(xiàn) [11-12]指出：濕度對開關(guān)柜內(nèi)絕緣部件有顯著影響,潮濕環(huán)境下溫度驟變易引起電氣部件表面凝露,而長期處于其中的絕緣部件存在水分侵入影響性能的風(fēng)險,尤其在局放配合下,絕緣失效概率大增,濕度增加,影響更甚?？諝庵械姆烹姲殡S臭氧的生成[13],臭氧在空氣中的存在受放電功率、氣壓、氣體流量及濕度影響[14],箱柜中空氣處于相對封閉狀態(tài),以電暈、高電位懸浮為主的放電所產(chǎn)生的臭氧易擴散至整個腔體[15-16],其強氧化性會對其中的金屬及絕緣部件產(chǎn)生腐蝕[17]。

對于中壓箱、柜式組合電器的空氣絕緣隔室,提出了基于無線通訊及絕緣技術(shù)的溫度、電流、相對濕度、臭氧4個監(jiān)測參量系統(tǒng),反映其中的發(fā)熱及放電現(xiàn)象。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)包括傳感器、接收終端和電腦后臺,如圖1(a)所示。其中傳感器為核心部件,含取能模塊、信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及無線傳輸模塊,其監(jiān)測流程如圖1(b)所示。傳感器利用電磁感應(yīng)抽能供電。系統(tǒng)主要功能：實時監(jiān)測電流負(fù)荷；實時監(jiān)測節(jié)點溫度數(shù)值；實時監(jiān)測節(jié)點的相對濕度；實時監(jiān)測各節(jié)點的臭氧含量；超限報警；組網(wǎng)運行。置于高電位端的傳感器分時采集,將得到的電流、溫度、相對濕度和臭氧數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)教幱诘囟说谋O(jiān)測終端,并滾動顯示,多監(jiān)測終端組網(wǎng)時可在電腦后臺進(jìn)行系統(tǒng)顯示和高級分析。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及傳感器監(jiān)測流程圖

2 性能測試及分析

2.1 電流、溫度參數(shù)測試

試驗平臺如圖2所示,升流器對一次絕緣的金屬閉合回路施加目標(biāo)電流,平臺具備0～2 000 A輸出能力。測試對象為ZR-YJV62-8.7/10 kV 1 ×300電纜、KYN28-12型10 kV開關(guān)柜,試驗對象接線如圖3所示。傳感器布置在測試對象上,監(jiān)測電流及布點處溫度。電流比對采用升流器自帶的電流互感器與傳感器進(jìn)行,溫度比對采用FLUKE62型便攜式紅外測溫儀與傳感器進(jìn)行。

圖2 升流試驗平臺示意圖

圖3 電流、溫度測試接線圖

電纜、開關(guān)柜串聯(lián)時測試電流為：25 A、30 A、35 A、40 A、50 A、100 A、300 A；純電纜的測試電流為：500 A、1 000 A、1 500 A。測試結(jié)果表明：回路電流小于35 A時系統(tǒng)供能不足,有數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象且測量偏差較大；回路電流大于35 A時傳感器電流測量偏差低于±5%,溫度測量偏差低于±1℃。

2.2 相對濕度參數(shù)測試

測試對象為ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300電纜。在電纜某處布置一個封閉罩,內(nèi)部放有加濕器以便調(diào)節(jié)空氣濕度；傳感器分別放置在封閉罩內(nèi)電纜上和封閉罩外電纜上,如圖4所示。相對濕度比對用Testo625型濕度計與傳感器進(jìn)行。

圖4 相對濕度測試示意圖

施加電流為100 A,控制加濕器對封閉罩內(nèi)空間加濕,加濕5分鐘后關(guān)閉加濕器,監(jiān)測封閉罩內(nèi)外傳感器的濕度變化,同時與濕度計測試結(jié)果對比,測試結(jié)果表明：傳感器對變化緩慢的環(huán)境相對濕度監(jiān)測偏差低于1%RH,而對濕度變化迅速的封閉罩內(nèi)空間,偏差超過5%RH,可能的原因是罩內(nèi)濕度的變化速度超過傳感器更新數(shù)據(jù)的頻率 (1分鐘/次),傳感器上傳給后臺的數(shù)據(jù)并不是 “實時”的。

2.3 電壓影響測試

電壓電流雙施加試驗平臺[18～19]如圖5所示,一次對地絕緣的金屬回路通過升流器產(chǎn)生目標(biāo)電流,并通過試驗變壓器給一次回路施加目標(biāo)電壓,測試系統(tǒng)具備等效的電壓、電流雙施加工況,平臺具備150 kV/2 000 A試驗?zāi)芰?。測試對象為ZR -YJV62-8.7/10 kV 1×300電纜,傳感器布置于電纜某處,實時地把監(jiān)測到的溫度、環(huán)境相對濕度、電流數(shù)據(jù)上傳至終端顯示。

圖5 電壓、電流雙施加試驗平臺示意圖

施加電流：100 A,施加電壓：0 kV、3 kV、6 kV、9 kV、12 kV、15 kV逐級升壓。試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 電壓影響測試結(jié)果

測試結(jié)果表明：在0～15 kV范圍內(nèi)傳感器能正常工作,電流、溫度、相對濕度的最大測量偏差分別為-3.5%、5.4%、2.2%。

2.4 臭氧參數(shù)測試

測試對象為ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300電纜,電纜與升流試驗平臺組成回路。一次對地絕緣的金屬回路單點接地,外部電源對接地的金屬回路放電,對放電產(chǎn)生的臭氧進(jìn)行監(jiān)測,如圖7所示。臭氧測試采用相對法進(jìn)行,一只傳感器布置于靠近放電點,一只可調(diào)節(jié)布置于距放電點不同距離處,一只布置于遠(yuǎn)離放電點10 m外作背景對比。

圖7 臭氧測試接線示意圖

一次回路施加電流為100 A,外部電源施加電壓為5 kV～30 kV逐級變化,測試傳感器在不同施加電壓下和距放電不同距離處及背景的臭氧監(jiān)測量。結(jié)果如圖8所示。

圖8 臭氧測試結(jié)果

測試結(jié)果表明：傳感器能監(jiān)測到臭氧,可呈現(xiàn)分級差異,對于臭氧含量傳感器以電壓數(shù)據(jù)(mV)的形式表征。隨著放電的減弱和傳感器距放電處距離的增加臭氧含量逐漸減小。

2.5 等效運行工況下多參數(shù)測試

利用電壓、電流雙施加試驗平臺,測試對象為ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300電纜、KYN28-12型10 kV開關(guān)柜,試驗接線如圖9所示。在開關(guān)柜母線上繞制多匝帶毛刺的銅線作為放電缺陷,隔室中遠(yuǎn)離放電點地端放置加濕器持續(xù)加濕,傳感器布置在柜內(nèi)靠近缺陷處,柜外電纜上布置1只作背景對比。

圖9 等效運行工況測試接線示意圖

施加電流為300 A,施加電壓為0 kV、3 kV、6 kV、9 kV、12 kV、15 kV逐級升壓,試驗結(jié)果如圖10所示。

圖10 等效運行工況測試結(jié)果

測試結(jié)果表明：在施加0～15 kV可調(diào)電壓、300 A電流工況下,傳感器的電流、溫度和相對濕度監(jiān)測最大偏差分別為-5.7%、4.8%、-4.6%。對于臭氧的監(jiān)測,在不同電壓下,缺陷放電端和背景環(huán)境的臭氧含量有著明顯的區(qū)別：背景環(huán)境中的臭氧基本穩(wěn)定不變,對于放電處,12 kV臭氧出現(xiàn),到15 kV后放電加強、臭氧增多。這與現(xiàn)場實際相吻合,15 kV加壓過后現(xiàn)場能明顯聞到臭氧的存在。

3 結(jié)束語

開發(fā)的基于無線通訊及絕緣技術(shù)的溫度、電流、相對濕度、臭氧多參量監(jiān)測系統(tǒng),在施加0～15 kV、0～1 500 A電壓電流條件下能正確監(jiān)測溫度、電流、相對濕度和臭氧數(shù)據(jù),測量偏差可接受,系統(tǒng)運行正常。

[1] 潘長明,劉剛,熊炬,等.高壓開關(guān)柜絕緣事故的分析及防范措施 [J].高壓電器,2011,47(7)：90-93.

[2] 朱根良.淺談中壓開關(guān)柜事故調(diào)查中的故障分析 [J].高壓電器,2002,38(5)：62-63.

[3] 李中祥,宋建成.高壓隔離開關(guān)出頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研制 [J].高壓電器,2009,45(2)：11-17.

[4] 關(guān)永剛,錢家驪.射頻法在高壓開關(guān)柜局放監(jiān)測中的應(yīng)用研究 [J].高壓電器,2001,37(5)：1-3.

[5] 錢紅濤,秦俊嶺,鄭俊洋,等.淺談高壓開關(guān)柜發(fā)熱原因分析及改進(jìn)措施 [C].2011年亞太智能電網(wǎng)與信息工程學(xué)術(shù)會議論文集,北京,2011：228-230.

[6] 楊帆.高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的研究 [D].武漢：華中科技大學(xué),2011.

[7] 孟慶民.高壓開關(guān)設(shè)備的溫度在線監(jiān)測研究 [J].高壓電器,2006,42(5)：352-354.

[8] 孟慶民.光纖溫度傳感器用于電力高壓開關(guān)在線監(jiān)測的研究 [D].南京：東南大學(xué),2005.

[9] 樂曉倩.紅外窗口在開關(guān)柜上的應(yīng)用研究 [J].硅谷, 2013,134(14)：76-76,85.

[10] 孟丹,舒朝君,黃剛.紅外窗口在封閉式開關(guān)柜故障監(jiān)測中的應(yīng)用研究 [J].化工自動化及儀表.2010,37 (11)：41-44,48.

[11] 周加斌,陳玉峰,朱文兵,等.濕度對高壓開關(guān)柜內(nèi)絕緣影響的試驗研究 [C].2013年中國電機工程學(xué)會年會論文集,成都,2013.

[12] 孟凡生,金觀華,程光強,等.空氣濕度對開關(guān)柜局部放電影響的試驗研究 [J].浙江電力,2012,31(4)：51-53.

[13] Junhong Chen,Jane H.Ozone production in the positive DC corona discharge model and comparison to experiments[J]. Plasma Chemistry and Plasma Processing,2002.

[14] 吳春篤,鄭麗菡,儲金宇.空氣放電產(chǎn)生臭氧的研究 [J] .高電壓技術(shù),2004,30(7)：50-52.

[15] 周迅,楊學(xué)昌.臭氧發(fā)生器中放電形式的研究 [J].清華大學(xué)學(xué)報 (自然科學(xué)版),1999,39(09).

[16] 羅強強,解光勇,全汝岱,等.電暈放電法制備臭氧技術(shù)研究 [J].信息技術(shù),2009(4)：18-20.

[17] 周澤存,沈其工,方瑜,等.高電壓技術(shù) (第三版)[M] .北京：中國電力出版社.

[18] 王科,趙現(xiàn)平,馬儀,等.一種電氣設(shè)備電壓、電流雙施加試驗裝置 [P].中國發(fā)明專利,ZL 2011 1 0239243.7. 2013-08-19.

[19] 王科,陳磊,趙現(xiàn)平,等.一種電纜段隔離的電壓、電流疊加電源成套裝置 [P].中國實用新型專利,ZL 2012 2 0354791.4.2013-01-23.

Development and Testing of Multiple Parameters Monitoring System Based on Wireless Communication and Insulation

LIU Guangqi,WANG Ke,MA Yi,CHEN Lei,PENG Jing,XIANG Enxin,LIU Hongwen
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217,China)

Electrical equipment exposed in the air inevitably exists heating and discharge phenomenon during process of long-term operation in medium-voltage switchgear for running vibration,load change,assembly and components defects and other factors.Aiming at such developmental defects,this paper studies the development and testing of multiple parameters monitoring system based on the wireless communication and insulation technology.This system can monitor?temperature,current,relative humidity,ozone parameter at the same time.Test results show that the system can correctly monitor the temperature,current,relative humidity and ozone data,System is running normally and measuring deviation is acceptable.

wireless communication and insulation technology；current；temperature；relative humidity；ozone

TM73

B

1006-7345(2015)01-0141-04

2014-09-28

劉光祺 (1986),男,碩士,助理工程師,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事高電壓研究工作 (e-mail)23819918＠qq.com。

王科 (1982),男,碩士,高級工程師,云南電網(wǎng)公司技術(shù)專家,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事高電壓研究工作 (email)41872645＠qq.com。

馬儀,男,碩士,高級工程師,云南電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院,從事高電壓研究工作 (e-mail)42971995＠qq.com。