變電站開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計

張忠蕾，郝學磊，呂 琨

(1.聊城供電公司，聊城 252003;2.威海北洋電氣集團股份有限公司，威海，264209)

1 引言

變電站設備，尤其是開關柜、變壓器等高壓電氣設備，是變輸電系統(tǒng)中的核心。變電站設備可靠運行的監(jiān)測，對于整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行都是十分重要的。由于這些設備大多采用封閉式結(jié)構(gòu)，長期的運行造成熱量聚集，容易造成設備損耗，如果設備散熱出現(xiàn)問題，急劇的升溫會造成設備故障。由此帶來的安全隱患和經(jīng)濟損失不可估量。本論文針對傳統(tǒng)變電站設備溫度監(jiān)測方式的不足，通過嘗試熒光光纖溫度傳感器作為測溫節(jié)點，搭建開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，成功地完成了聊城110kV開發(fā)區(qū)站10kV開關柜的溫度監(jiān)測，并取得了良好的效果。

2 光纖測溫產(chǎn)品在溫度監(jiān)測中的優(yōu)勢

由于變電站設備具有高電壓、強磁場、封閉等特性，傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法往往不能起到良好的效果。人工定時巡檢的方法容易造成漏報。示溫蠟片不能在結(jié)構(gòu)復雜的開關柜等設備中使用。熱電偶方法易受到電磁干擾，且本身屬于金屬元器件，容易出現(xiàn)安全隱患。而紅外成像法受到環(huán)境影響極大，而且同樣不能使用在結(jié)構(gòu)復雜的開關柜設備上面。根據(jù)國外的成熟經(jīng)驗，光纖溫度傳感器產(chǎn)品是作為變電站設備測溫的最理想設備。

光纖溫度傳感器產(chǎn)品氛圍分布式和點式兩種。其中，分布式溫度傳感設備主要使用在長距離測溫領域中，如高壓電纜測溫。點式測溫設備作為傳統(tǒng)溫度傳感器的替代產(chǎn)品，具有尺寸小、壽命長、本征抗電磁干擾、本征安全的特點，可以為變電站設備的溫度實施監(jiān)測提供有效的保障。判斷設備符合能力和使用壽命，為設備安全運行提供科學依據(jù)。從而提高經(jīng)濟效益，保障人民生產(chǎn)生活。

3 熒光光纖溫度傳感器原理

熒光光纖溫度傳感器使用光纖作為傳感器和傳輸介質(zhì)，在光纖頂部探頭處安裝熒光膜，熒光膜受到激光的激勵后，受到激勵輻射出熒光能量。激勵撤銷后，熒光膜的熒光余暉衰減會受到環(huán)境溫度的影響，通過檢測衰減的時間，可以得到探頭所在位置的溫度情況。熒光膜主要選用氟鍺酸鎂作為主要材料，衰減時間于溫度的關系圖如圖1:

圖1 氟鍺酸鎂衰減時間于溫度的關系

熒光測溫傳感器工作過程如下:傳感器的解調(diào)模塊由激光二極管、光耦合器、弱信號檢測電路、數(shù)據(jù)采集卡等器件構(gòu)成。工作時，低功率的激光二極管光源 (LD)發(fā)出激光。經(jīng)過耦合器傳導至探頭，探頭發(fā)出的光經(jīng)過光耦合器后，由光探測器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。弱信號檢測電路將電信號進行處理，經(jīng)過濾波放大等處理，由數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)并加以顯示。

熒光測溫解調(diào)儀電路系統(tǒng)硬件設計不再詳述。

4 設備溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計

系統(tǒng)采用三層構(gòu)架，分為感知層、傳輸層和監(jiān)控層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示:

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

每個開關柜內(nèi)觸頭有六個，分別位于上側(cè)和下側(cè)的A、B、C三相上。為保證節(jié)點的可靠性，六個觸頭均使用熒光點式測溫節(jié)點進行監(jiān)測。將測溫光纖探頭固定在靜觸頭上即完成基本安裝。當觸頭發(fā)生動作時，觸頭圓周位置形變，而中間位置比較穩(wěn)定，為了避免探頭在觸頭碰撞過程中產(chǎn)生形變或者脫落，同時保證系統(tǒng)溫度測量的一致性，可將光纖探頭固定在靜觸頭的中間位置，以便于施工和后期維護。六個光纖探頭分六條光纖進入解調(diào)儀，通過耦合器共用一個熒光測溫解調(diào)儀 (采集單元)進行信號采集和處理。

傳輸層的目標在于將感知層中采集的數(shù)據(jù)進行傳遞，感知層中的光纖將各個監(jiān)測點信息進行采集和處理，計算得到的溫度信息使用CAN總線數(shù)據(jù)的協(xié)議進行發(fā)送，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇刂品掌魃线M行整合，并在上層平臺中進行顯示。

監(jiān)控層為監(jiān)控多個開關柜，系統(tǒng)支持組態(tài)的軟件顯示界面，和并行控制服務器。在電力專網(wǎng)上的一臺PC機中架設監(jiān)控端，可訪問多個控制服務器，獲得統(tǒng)一的開關柜信息。

圖3 電纜觸頭光纖傳感器安裝

觸點的溫度、變化趨勢等通過圖表、數(shù)值和曲線等形式來顯示。系統(tǒng)提供閾值報警功能為設備的運行維護提供有力的保障?？刂品掌鬟\行的服務程序使用C++進行編寫，保證了系統(tǒng)的可靠性和速度。監(jiān)控層的組態(tài)界面采用JAVA程序進行編寫，保證界面美觀，易操作的基礎上，還可兼容多個操作系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)已在聊城110kV開發(fā)區(qū)站溫度監(jiān)測中使用，運行效果良好。

5 總結(jié)

文章通過分析比較現(xiàn)有的高壓開關柜溫度監(jiān)測的幾種方法，嘗試采用熒光光纖測溫方式設計開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過對開關柜的觸點溫度進行監(jiān)測，為工作人員實時了解開關柜設備工作狀態(tài)提供了有力的數(shù)據(jù)支持。驗證了熒光光纖測溫方式在變電站設備溫度監(jiān)測中的可行性和可靠性，取得了良好的效果。該系統(tǒng)的設計和運行，對電力設備健康診斷和預警具有重要意義。

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