安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品在某風(fēng)電場(chǎng)項目的超溫事故預警及分析

摘 要：作為保證系統安全運行的重要設備的高壓開(kāi)關(guān)柜裝置,其內部導電連接處過(guò)熱會(huì )導致電氣設備的損壞,更嚴重的是可能還會(huì )發(fā)生火災等嚴重事故。因此,電力系統中電器設備安全運行的一個(gè)重要課題就是對高壓開(kāi)關(guān)柜實(shí)施在線(xiàn)監測。本文主要研究的是針對高壓開(kāi)關(guān)柜接點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù),闡述了高壓開(kāi)關(guān)柜在無(wú)線(xiàn)測溫的技術(shù)特點(diǎn)及工作原理，具有測量數據準確、可靠性高、絕緣性能好的特點(diǎn),能很好的適應現場(chǎng)需求,可以在高壓開(kāi)關(guān)柜中廣泛應用。同時(shí)介紹了在某風(fēng)電場(chǎng)項目應用操控及無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)，并實(shí)現及時(shí)告警避免了嚴重事故的發(fā)生。  

關(guān)鍵詞：高壓開(kāi)關(guān)柜；電氣接點(diǎn)；無(wú)線(xiàn)測溫

1 概述

我國電力系統的大規模發(fā)展，增加了高壓開(kāi)關(guān)柜的運行壓力，隨著(zhù)電網(wǎng)的改革與建設，高壓開(kāi)關(guān)柜的數量越來(lái)越多，增加了故障的發(fā)生機率。高壓開(kāi)關(guān)柜內存在的電氣連接點(diǎn)主要包括母線(xiàn)銅排連接點(diǎn)，手車(chē)動(dòng)靜觸頭連接點(diǎn)以及銅排和電纜連接點(diǎn)，在這些點(diǎn)位需安裝溫度傳感器進(jìn)行溫度測量。

溫度測量技術(shù)的選用：傳統的測溫方法包括通過(guò)熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫，溫度傳感器與測溫儀之間采用金屬導線(xiàn)傳輸溫度信號。電氣設備測溫檢測，由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點(diǎn)/觸點(diǎn)上，其信號傳輸金屬導線(xiàn)的絕緣性能無(wú)法保證。 同時(shí)，對于改造類(lèi)項目實(shí)施難度較大，因此推薦采用無(wú)線(xiàn)測溫方法進(jìn)行檢測。目前無(wú)線(xiàn)測溫方法包括電磁感應供電無(wú)線(xiàn)測溫、電池供電無(wú)線(xiàn)測溫方式及紅外在線(xiàn)測溫方式。紅外測溫需要鏡頭對準發(fā)熱點(diǎn)，塵土震動(dòng)對其影響較大；有源無(wú)源測溫較合適，無(wú)需布線(xiàn)，易于安裝，但有源測溫需要外供電池，受電池壽命影響，需要更換；電磁感應供電無(wú)線(xiàn)測溫具有測溫速度快、周期短、免維護、使用壽命長(cháng)、故障率低等特點(diǎn)。

無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)選用：無(wú)線(xiàn)通信是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式，其中應用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無(wú)線(xiàn)通信方式包括：Sub-1G技術(shù)、藍牙技術(shù)(Bluetooth)、工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)( WiFi)、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場(chǎng)通信技術(shù) (NFC)。藍牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，傳輸距離10m范圍以?xún)?，至高傳輸速率約1 Mb / s，其有效速率約為 723 kb / s；超寬帶技術(shù) (UWB)傳輸速率一般結余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m；近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)適用于近距離貼近操作。Sub-1G技術(shù)的主要特征包括：傳輸速率較低;通信距離較長(cháng)；設備功耗很低，發(fā)射輸出僅為10dBm；通信組網(wǎng)簡(jiǎn)潔。這些主要特征使Sub-1G 通信技術(shù)傳輸數據穩定可靠。

2 產(chǎn)品方案

某風(fēng)電場(chǎng)項目的對傳感器要求如下：

1）非電池供電（采用感應取電方式供電）的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

2）無(wú)線(xiàn)頻率：470MHz；

3）啟動(dòng)電流：≥5A； 

4）測溫范圍：-50 ℃～+125 ℃；

5）采樣頻率：15s；

6）發(fā)射頻率：15s；

7）精    度：±1℃；

8）工作溫度：-40 ℃～+85 ℃；

9）至大工作電流：一次額定電流 5000 A；

10）溫升要求：在額定工作條件下，裝置不應達到可能影響開(kāi)關(guān)柜一次設備絕緣及被測點(diǎn)正常工作的溫度，裝置的電流互感器線(xiàn)圈通過(guò)1250 A，30 min，環(huán)境溫度為20 ℃時(shí)，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器表面溫升不應超過(guò)10 K。

11）傳輸距離：空曠距離不大于150米。

該項目的對智能操控及無(wú)線(xiàn)測溫一體裝置要求如下：

1）一次動(dòng)態(tài)模擬圖，斷路器分合位置動(dòng)態(tài)顯示；接地開(kāi)關(guān)位置動(dòng)態(tài)顯示；彈簧儲能動(dòng)態(tài)顯示；

2）兩路溫濕度控制器功能，通訊線(xiàn)長(cháng)4米6米，液晶顯示；

3）語(yǔ)音防誤提示功能，人體紅外感應探頭；

4）加熱器斷線(xiàn)報警；

5）柜內照明操作；

6）（除PT柜外）分合閘、儲能、遠方/就地開(kāi)關(guān)；

7）高壓帶電顯示和閉鎖裝置；

8）RS485通訊功能，Modbus 通訊協(xié)議；

9）裝置工作電源應滿(mǎn)足交直流通用，支持AC/DC110、AC/DC220V自適應；

10）高壓斷路器觸頭6點(diǎn)測溫

根據上述要求，故此選擇安科瑞的無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品如下表。

3 項目現場(chǎng)應用

某風(fēng)電場(chǎng)項目，對高壓柜開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行綜合監控，并對斷路器的觸頭進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監測。在監測過(guò)程中，一臺高壓柜斷路器的下觸頭的C相電流溫度高達116.8℃，智能操控裝置及時(shí)進(jìn)行了語(yǔ)音告警，并對該超溫告警進(jìn)行事件記錄。同時(shí)，工作人員斷開(kāi)高壓柜斷路器，推出動(dòng)觸頭后發(fā)現該相觸頭有損壞，事故原因為斷路器觸頭接觸不良。由于安科瑞的操控測溫裝置的及時(shí)告警，幫助現場(chǎng)及時(shí)排查問(wèn)題避免了事故發(fā)生。

裝置告警界面圖

現場(chǎng)斷路器事故圖片

4 開(kāi)關(guān)柜溫升原因分析

目前，電力系統內部使用的開(kāi)關(guān)柜，都要通過(guò)型式試驗對入網(wǎng)的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行處理，在溫升方面，要求比較嚴格。根據相關(guān)理論進(jìn)行分析可知，在實(shí)際運行過(guò)程中，通常情況下，負荷不會(huì )達到開(kāi)關(guān)柜的設計滿(mǎn)容量，更不會(huì )引發(fā)開(kāi)關(guān)柜的溫升問(wèn)題。但是，實(shí)際情況并非如此。根據實(shí)際運行經(jīng)驗可知，隨著(zhù)負荷的不斷增加，使得開(kāi)關(guān)柜的溫升迅速增加。當負荷超過(guò)開(kāi)關(guān)額定電流的75%時(shí)，在這種情況下，溫升尤為明顯，此時(shí)早已不符合標準要求。當負荷比較低時(shí)，溫升現象不明顯。在實(shí)際運行中，與試驗室測出的溫升數據相比，開(kāi)關(guān)柜實(shí)際溫升水平普遍比較高，并且多數情況下，當溫升超標時(shí)，開(kāi)關(guān)柜甚至遠沒(méi)有達到設計滿(mǎn)容量。對于高壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)觸頭、母排連接點(diǎn)的實(shí)際溫升，通常情況下總是高于試驗數據，其原因主要表現為：

1.在試驗室完成型式試驗，測得相應的數據，在持續時(shí)間方面，雖然達到了穩定溫升所需要的試驗時(shí)間，但現場(chǎng)環(huán)境復雜，加上試驗過(guò)程中，不具備溫升累積效應，不能等同現場(chǎng)長(cháng)期運行并持續發(fā)熱的設備。

2.不同金屬在膨脹效應方面存在差異。鋼制螺栓的金屬膨脹系要比銅質(zhì)、鋁質(zhì)母線(xiàn)的金屬膨脹系數小得多，對于螺栓型設備接頭來(lái)說(shuō)表現得尤為突出，在實(shí)際運行過(guò)程中，隨著(zhù)負荷電流、溫度的變化，在膨脹、收縮程度方面，由于鋁、銅與鐵之間存在一定的差異性，在一定程度上造成蠕變，也就是受應力作用的影響和制約，導致金屬緩慢發(fā)生塑性變形。實(shí)踐證明，當接頭處的運行溫度超過(guò)80℃時(shí)，因過(guò)熱使得接頭金屬發(fā)生膨脹，同時(shí)受各種因素的影響，進(jìn)一步產(chǎn)生微小的空隙，早成氧化腐蝕。當負荷電流減小溫度降低回到原來(lái)接觸位置時(shí)，由于接觸面氧化膜的覆蓋，造成接觸電阻變大，每次溫度變化的循環(huán)都會(huì )使接頭的工作狀況進(jìn)一步變壞，因而形成惡性循環(huán)。

3.連接部位緊固螺栓壓力不合理。對于導體連接，在部分安裝、檢修人員意識中，在擰緊連接螺栓的過(guò)程中，認為螺栓擰得越緊越好，實(shí)際并非如此。由于鋁質(zhì)母線(xiàn)的彈性系數較小，當螺母壓力達到臨界值時(shí)，如果材料強度比較差，當繼續增加壓力時(shí)，將會(huì )導致接觸面變形隆起，使得接觸面積進(jìn)一步減少，使接觸電阻變大，進(jìn)而影響導體的接觸效果。

4.由于導體原材料純度不夠，造成導體材料電導率不滿(mǎn)足要求。

5.其它因素，例如在加工、連接、安裝母線(xiàn)過(guò)程中，對母線(xiàn)接觸表面處理不到位、不夠平整，進(jìn)而減少有效接觸面積，使接觸電阻變大而產(chǎn)生發(fā)熱。

以上的情況都會(huì )造成高壓開(kāi)關(guān)柜的溫升異常，所以加強對運行開(kāi)關(guān)設備溫升的監視，發(fā)現問(wèn)題及時(shí)采取措施就變得非常必要。

5 結束語(yǔ)

近幾年隨，著(zhù)人們對供電質(zhì)量要求逐漸提高，高壓開(kāi)關(guān)柜作為配電系統中的重要環(huán)節，其本身的安全性、經(jīng)濟性也受到了人們的重視。本文介紹的安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫產(chǎn)品針對高壓開(kāi)關(guān)柜內重要電氣節點(diǎn)的溫度進(jìn)行監測，防止在運行過(guò)程中因設備受環(huán)境污染，設備長(cháng)期運行，嚴重超載運行，觸點(diǎn)氧化，接觸不良等原因造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為隱患，提升設備安全保障。安科瑞智能操控區別于由幾個(gè)獨立的電子裝置分別實(shí)現帶來(lái)的集成度低，配線(xiàn)復雜，可靠性差的缺點(diǎn)，實(shí)現大大提高開(kāi)關(guān)柜操控的集成度和智能化程度，對溫度進(jìn)行在線(xiàn)監測，通過(guò)溫升、突變、高溫和超溫等告警機制及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，避免安全事故的發(fā)生，降低設備事故率。

參考文獻

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2019.11月版 

[2] 安科瑞智能電網(wǎng)用戶(hù)端電力監控/電能管理/電氣安全（產(chǎn)品報價(jià)手冊）.2020.01月版

[3] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統設計與產(chǎn)品二次原理圖集.2019.7月版

[4] 安科瑞用戶(hù)變電站綜合自動(dòng)化與運維解決方案.2020.1月版

編輯：安科瑞 孫斌