探討無線測溫技術(shù)在智能化變電站中的應(yīng)用

徐夕元

(國網(wǎng)安徽電力公司蚌埠電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院 安徽 蚌埠 233000)

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探討無線測溫技術(shù)在智能化變電站中的應(yīng)用

徐夕元

(國網(wǎng)安徽電力公司蚌埠電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院 安徽 蚌埠 233000)

無線測溫技術(shù)是電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，本文詳細(xì)介紹了變電站常規(guī)測溫方法中的蠟片測溫和紅外線測溫法，并對無線測溫系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)做了闡述。最后本文以110kV東華(城西)變10kV及35kV開關(guān)室的方案設(shè)計(jì)為例，提出了安裝使用無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)在此設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，得出該技術(shù)具有在中心監(jiān)控室內(nèi)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)行設(shè)備的溫度狀況，做到了遠(yuǎn)距離遙測等特點(diǎn)的結(jié)論。

無線測溫技術(shù)；智能化變電站

一、引言

設(shè)備的狀態(tài)檢修是電力行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，而狀態(tài)檢修首先要解決的是基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)的大量積累，實(shí)現(xiàn)24h實(shí)時(shí)在線檢測系統(tǒng)為無人值班變電站提供大量運(yùn)行檢修數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，幫助運(yùn)行人員分析，同時(shí)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，把故障消除在萌芽狀態(tài)，提高設(shè)備的運(yùn)行水平。

通過多項(xiàng)事故的分析發(fā)現(xiàn)，引起一次設(shè)備過熱的直接原因是設(shè)備過載、壓接頭不緊。故障時(shí)設(shè)備過熱，導(dǎo)致設(shè)備損壞，短時(shí)間內(nèi)無法恢復(fù)供電，從而影響供電可靠率。目前智能化變電站一般具有變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)、防火防盜系統(tǒng)(遙視)，而對于一次設(shè)備的重要部位，如開關(guān)柜內(nèi)開關(guān)觸點(diǎn)、母排接頭、電纜接頭的溫度自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)有一定的困難。

二、變電站常規(guī)測溫方法

(一)蠟片測溫。示溫蠟片法，即在電接觸表面涂一層隨溫度變化顏色的發(fā)光材料，通過觀察其顏色變化來大致確定溫度范圍，這種方法準(zhǔn)確度低、可靠性差，不能進(jìn)行定量分析，參考應(yīng)用價(jià)值小。示溫蠟片在使用中容易脫落，后期維護(hù)巡視工作量大，維護(hù)時(shí)需停運(yùn)相關(guān)設(shè)備，隱性成本不易估計(jì)。

(二)紅外線測溫。任何溫度高于絕對零度的物體都會(huì)以電磁波的形式向外界發(fā)出紅外輻射能量，輻射能量的大小主要取決于物體的溫度。紅外測溫是以普朗克輻射定律為依據(jù)，通過測量被測物體紅外輻射能量，經(jīng)黑體標(biāo)定，確定被測物體溫度的測量方式。紅外線測溫準(zhǔn)確度高，但實(shí)時(shí)性差，在一些特定場合使用不方便，且價(jià)格高。

電氣設(shè)備接點(diǎn)發(fā)熱又是變電站安全運(yùn)行的較大隱患，以往采取的示溫蠟片法和紅外線測溫，不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確、有效反映接點(diǎn)的運(yùn)行狀況。例如，有的高壓室受設(shè)備的限制(如封閉柜)不能及時(shí)、準(zhǔn)確監(jiān)視設(shè)備接點(diǎn)的狀況，尤其是開關(guān)接點(diǎn)、母線連接點(diǎn)分布在不同的地方，而且都是高壓部件，在長期運(yùn)行中，斷路器的觸點(diǎn)和母線的連接處等部位接觸電阻大而發(fā)熱，發(fā)熱部位無法檢測，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。單獨(dú)靠人工巡檢，無法消除發(fā)熱事故隱患，成為高壓設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的監(jiān)測盲區(qū)。

三、無線測溫系統(tǒng)

針對上述情況，為保證變電設(shè)備狀態(tài)的安全運(yùn)行，提高設(shè)備的健康水平，本次設(shè)計(jì)擬在110kV東華(城西)變10kV及35kV開關(guān)室安裝使用無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)由電腦監(jiān)控建立資料庫及查詢歷史資料和數(shù)據(jù)，并在電腦屏幕上顯示，可以在任意時(shí)間向有關(guān)部門提供變電站一次設(shè)備溫度情況，同時(shí)運(yùn)行工區(qū)可以利用測得的數(shù)據(jù)制訂科學(xué)合理的設(shè)備檢修計(jì)劃，進(jìn)一步提高了供用電管理的應(yīng)變能力。

(一)工作原理。通過無線溫度傳感器的單片微處理器控制將被測設(shè)備溫度由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過無線發(fā)射接收模塊傳遞至無線溫度顯示儀，通過微處理器將采集到的溫度信息，通過存儲(chǔ)芯片送LCD顯示器顯示，通過光纖模塊上傳到上位機(jī)，上位管理單元可接入電力自動(dòng)化系統(tǒng)或直接通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至局中心。

(二)無線測溫系統(tǒng)特點(diǎn)

1.實(shí)時(shí)性：全年365×24小時(shí)不間斷在線監(jiān)測，時(shí)刻保證高壓設(shè)備處于受監(jiān)控狀態(tài)，安全不受人為因素影響，將人員疏忽導(dǎo)致的事故幾率降至最低。

2.安全性：不受強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場的干擾。系統(tǒng)經(jīng)過580kV工頻耐壓試驗(yàn)，絕緣耐壓性能滿足500kV及以下電壓等級的變電站的絕緣等級。系統(tǒng)的安裝模式經(jīng)過專家研究，制定了三種防污閃安裝模式，充分保障系統(tǒng)的安裝不會(huì)降低被測設(shè)備的絕緣耐壓等級和安全性。

3.兼容性：監(jiān)測儀自帶以太網(wǎng)口，可與電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等融為功能更加強(qiáng)大的綜合系統(tǒng)，可與局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、internet網(wǎng)及MIS系統(tǒng)方便連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，簡捷管理。

4.準(zhǔn)確性：數(shù)字式測量技術(shù)保證了測溫精度和測溫的重復(fù)性，測溫精度達(dá)到±1℃，溫度分辨率達(dá)到0.1℃，同時(shí)還具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，響應(yīng)時(shí)間小于30秒?？梢詽M足電力系統(tǒng)安全的需要。

5.靈活性：用戶可根據(jù)自己的需求，靈活、方便地設(shè)置各種參數(shù)、控制量，可得到滿意的、豐富的用戶界面。

6.穩(wěn)定性：溫度傳感器本身為無源器件，僅對溫度敏感，不受振動(dòng)、沖擊、位移、潮濕等因素的影響，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

7.長壽命：系統(tǒng)采用的元部件都是原用于通訊系統(tǒng)中的，通訊系統(tǒng)中除電池所有器件壽命不低于10年，保守估計(jì)系統(tǒng)保證可靠運(yùn)行8年。

8.擴(kuò)展性：由于傳感器與顯示儀安裝方便，可以根據(jù)客戶和工程的需要，靈活的增設(shè)測溫點(diǎn)。

四、無線測溫系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

在本次設(shè)計(jì)中主要需解決以下問題：對主要設(shè)備關(guān)鍵部位(不受環(huán)境限制)溫度的實(shí)時(shí)采集，一次采集的溫度模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，溫度信號(hào)的傳輸方式及監(jiān)控后臺(tái)的界面設(shè)計(jì)。

(一)溫度采集。溫度采集的主要器件為溫度傳感器，選擇應(yīng)用主要考慮互感器的測溫范圍、精度及其與單片機(jī)的通信連接。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行設(shè)備主連接部位溫度超過60℃。因此選用DS系列集成數(shù)字式溫度傳感器，測溫范圍-55～125℃，自帶功率放大器可將信號(hào)放大，輸出線性特性好、精度高，與單片機(jī)通信配合簡單，成本較低，滿足電力系統(tǒng)應(yīng)用要求。

(二)測溫?cái)?shù)據(jù)傳輸?？刹扇?GPRS/CDMA)無線網(wǎng)絡(luò)和串行通信方式兩種模式。(GPRS/CDMA)無線網(wǎng)絡(luò)方式可利用移動(dòng)通信已成熟的技術(shù)方案，利用短消息服務(wù)來傳輸溫度數(shù)據(jù)，信號(hào)覆蓋廣，但成本較高，實(shí)時(shí)性能較差。串行通信方式是基于變電站現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源開發(fā)的一種新模式，數(shù)據(jù)傳輸通過無線調(diào)頻模塊、中繼器、無線匯聚終端、變電站微機(jī)(已有的工作機(jī))實(shí)現(xiàn)。

(三)監(jiān)控端數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。通過配套軟件的開發(fā)應(yīng)用，無線測溫系統(tǒng)監(jiān)控端可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組編輯定義，實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)警功能；而且還可以應(yīng)用軟件建立歷史溫度數(shù)據(jù)庫，為電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修設(shè)備提供決策信息，提高決策的正確性。監(jiān)控界面設(shè)計(jì)時(shí)，以站內(nèi)主接線圖為依托，測溫?cái)?shù)據(jù)顯示在一次系統(tǒng)圖相應(yīng)位置，簡單明了，便于監(jiān)測，軟件還可自生成Excel表格，實(shí)時(shí)顯示測溫?cái)?shù)據(jù)。

五、結(jié)論

本次設(shè)計(jì)將在110kV東華(城西)變的10kV及35kV開關(guān)柜內(nèi)應(yīng)用無線測溫技術(shù)。在開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸點(diǎn)、電纜接頭、母線接頭附近安放無線溫度傳感器，在開關(guān)室里的隔離柜上安裝無線測溫監(jiān)控儀，接收顯示溫度傳感器測得的溫度信號(hào)并通過光纖傳入站內(nèi)的綜自系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對本站高壓開關(guān)柜內(nèi)母線、高壓開關(guān)觸點(diǎn)、母排接頭等部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測，經(jīng)過與電力自動(dòng)化系統(tǒng)連接，在中心監(jiān)控室內(nèi)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)行設(shè)備的溫度狀況，真正做到了遠(yuǎn)距離遙測。

[1]耿宇濤,李剛,信明貴.無線測溫技術(shù)在變電站中的應(yīng)用[J].硅谷,2011,(04):24

[2]呂鋼,伍陸玖.無線測溫技術(shù)在變電站電力電纜的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2014,(05):103-105.

[3]張秋來.WSN與AGENT在變電站無線測溫系統(tǒng)控制中的研究[D].天津大學(xué),2009.

徐夕元(1963-)，男，安徽蚌埠人，國網(wǎng)安徽電力公司蚌埠電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院工程師。