開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用

姚曉林 蘇彥潔

(國網(wǎng)威海供電公司，山東 威海264200)

0 引言

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)控制的根本目標和進行電力市場交易的重要保障。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)向著高電壓、大機組、大容量的迅速發(fā)展，對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高。影響電力系統(tǒng)安全運行的因素有很多，其中一個重要方面是電氣設(shè)備自身的安全運行問題。由于絕大多數(shù)的電氣設(shè)備采用封閉式結(jié)構(gòu)，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓，大電流和滿負荷的條件下運行，其結(jié)果導(dǎo)致熱量集結(jié)加劇，如果不對溫升采取有效的監(jiān)測措施，將會危及電氣設(shè)備的安全運行。特別是當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，強大的電流使電氣設(shè)備內(nèi)部溫升加劇，電氣絕緣遭到嚴重破壞，并使電氣設(shè)備壽命縮短，甚至造成電氣設(shè)備被燒毀的嚴重事故。據(jù)統(tǒng)計，電力系統(tǒng)發(fā)生事故原因中有相當一部分與過熱問題有關(guān)，因此電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運行所急需解決的實際問題，是提高電氣設(shè)備可靠性的迫切需要，對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。

發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜是重要的電氣設(shè)備。在設(shè)備長期運行過程中，開關(guān)柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，由此最終導(dǎo)致火災(zāi)事故。近年來，在電廠和變電站已發(fā)生多起開關(guān)柜過熱事故，造成火災(zāi)和大面積的停電，解決開關(guān)柜過熱問題是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸點溫度的運行情況，可有效防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生。但由于開關(guān)柜內(nèi)狹小的結(jié)構(gòu)，無法進行人工巡查測溫，因此實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓開關(guān)柜安全運行的重要手段。

1 開關(guān)柜內(nèi)接頭發(fā)熱的原因及危害

運行中的電力設(shè)備經(jīng)常發(fā)生接頭發(fā)熱現(xiàn)象，如不及時發(fā)現(xiàn)并處理就會引發(fā)嚴重的生產(chǎn)事故。電網(wǎng)設(shè)備中的觸頭和接頭的電網(wǎng)安全的一個重要隱患?，F(xiàn)有統(tǒng)計結(jié)果表明，故障主要發(fā)生在如下位置：

1）開關(guān)柜中動、靜觸頭故障。開關(guān)柜作為一種廣泛運用的電力設(shè)備，開關(guān)柜是輸配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔著開斷和關(guān)合電力線路、線路故障保護、監(jiān)測運行電量數(shù)據(jù)的重要作用。開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期的大電流、觸頭老化等因素易致其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致長時間發(fā)熱、觸頭溫升過高甚至最終發(fā)生高壓柜燒毀故障。

2）電纜接頭故障。隨著運行時間的延長、壓接頭的松動、絕緣老化、以及局部放電、高壓泄漏等，將引起發(fā)熱和溫度的升高，溫度的升高將使這些狀況進一步惡化，這將促使溫度進一步提升，這一惡性循環(huán)的結(jié)果就引發(fā)電纜短路放炮，甚至火災(zāi)。

2 無線測溫技術(shù)的優(yōu)勢

近幾年，電力生產(chǎn)中廣泛運用各種先進的溫度測試設(shè)備，如紅外測溫、溫度傳感器、光纖測溫等。開關(guān)柜無線測溫是基于無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進行測溫的系統(tǒng)，可對開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭等部位溫度進行實時監(jiān)測，方便運維人員及遠程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場設(shè)備運行情況。而無線測溫與上述其他測溫方式相比，均具有一定的優(yōu)勢。

2.1 無線溫度監(jiān)測方法與普通測溫的比較

普通的溫度監(jiān)測方法主要采用熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等溫度傳感元件實現(xiàn)的，這些溫度傳感器都需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，由于無法保證具有穩(wěn)定的絕緣性能，無法在高壓開關(guān)柜內(nèi)的觸點上使用。無線式溫度監(jiān)測裝置中，傳感器采用無線通訊傳輸溫度信號，具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度，實現(xiàn)開關(guān)柜觸點運行溫度的在線監(jiān)測。

2.2 無線溫度監(jiān)測方法與紅外測溫的比較

無線式溫度監(jiān)測裝置，是采用無線傳遞溫度信號，裝置所帶的測溫傳感器能夠安裝到帶電物體的表面，直接測量帶電物體的溫度，而紅外測溫為非接觸式測溫，易受環(huán)境及周圍的電磁場干擾，需人工操作，無法實現(xiàn)在線測量。開關(guān)柜內(nèi)的空間非常狹小，無法安裝紅外測溫探頭(因為探頭必須與被測物體保持一定的安全距離，并需要正對被測物體的表面)。

2.3 無線溫度監(jiān)測方法與光纖測溫的比較

光纖式溫度測溫儀采用光纖傳遞信號，溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測溫儀與溫度傳感間用光纖連接。光纖具有易折、易斷、不耐高溫的特點，在柜內(nèi)布線難度較大，而無線式測溫裝置免除了柜內(nèi)光纖布線。

3 開關(guān)柜無線測溫技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展前景

目前，國內(nèi)外多家公司科研院校已經(jīng)分別研制出了多種無線溫度在線檢測測量系統(tǒng)。如ABB公司研制的“Safe Guard”裝置，它是一種非接觸型溫度監(jiān)測系統(tǒng)。主要用于配電開關(guān)柜中關(guān)鍵部位的溫度連續(xù)監(jiān)測，也有監(jiān)測斷路器其它工作狀態(tài)的功能。該裝置采用石英晶體聲表面波元件作為溫度敏感元件，直接粘附在待測點上，由它組成的振蕩回路輸出與溫度有關(guān)的頻率信號。整個系統(tǒng)采用全數(shù)字化設(shè)計以抑制強電磁場干擾，可實現(xiàn)過熱報警，并可用微機聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)測。

無線測溫系統(tǒng)在實際應(yīng)用中工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、便于安裝又不影響開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)性能，而且產(chǎn)品的價格易被用戶接受。值得一提的是，無線測溫模塊在結(jié)構(gòu)設(shè)計上緊湊小巧，與開關(guān)柜配套時，原柜結(jié)構(gòu)無需變動，只需在相應(yīng)處打上安裝孔即可，不影響原柜各種性能，特別是開關(guān)柜的絕緣性能。

智能電網(wǎng)的安全生產(chǎn)不僅是一個龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，而且是電力公司乃至全社會改革、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，也是未來我國乃至全世界智能電網(wǎng)發(fā)展的重中之重。國務(wù)院于2006年2月發(fā)布的《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》和國家電網(wǎng)于4月19日發(fā)布《國家電網(wǎng)公司綠色發(fā)展白皮書》等一系列重要文件中，智能電網(wǎng)安全保障已經(jīng)納入國家重大優(yōu)先發(fā)展和著手實施的主題。電力設(shè)備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，尤其我國正處于經(jīng)濟快速增長時期，國家電網(wǎng)的電力供電負荷日益增加，在持續(xù)擴大供電同時給電網(wǎng)電器設(shè)備帶來一系列的安全問題。為盡可能的避免各類電力事故，電力設(shè)備安全運營的任務(wù)迫在眉睫。智能電網(wǎng)末端大多為35kV與10kV開關(guān)柜，因此開關(guān)柜能夠安全正常運行便成為重中之重。電網(wǎng)溫度監(jiān)測是我國智能電網(wǎng)目前面臨的巨大挑戰(zhàn)，因此有理由相信開關(guān)柜無線測溫技術(shù)在今后勢必會得到更大范圍的推廣和應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的安全運行作出更大的貢獻。

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