概述
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)，對(duì)電網(wǎng)電力設(shè)備進(jìn)行安全運(yùn)營實(shí)時(shí)監(jiān)控成為必要。長期電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)電氣設(shè)備故障大多是由于大電流運(yùn)行、設(shè)備老化、絕緣水平下降等原因?qū)е略O(shè)備在高溫條件下運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)燃燒，爆炸等嚴(yán)重后果所造成。
在電力系統(tǒng)中，高壓電氣設(shè)備的溫度變化是一個(gè)非常重要的指標(biāo)，它關(guān)系到電力設(shè)備能否安全穩(wěn)定運(yùn)行。在高壓電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，電氣設(shè)備接點(diǎn)由于設(shè)備制造、觸點(diǎn)氧化、電弧沖擊等原因，會(huì)導(dǎo)致接點(diǎn)的接觸電阻增大，使溫度上升。當(dāng)溫度上升到一定程度后，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的短路，甚至造成設(shè)備的損毀，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。對(duì)電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
一次開關(guān)柜設(shè)備是為了保障操作人員以及配電系統(tǒng)的安全而設(shè)計(jì)的，當(dāng)開關(guān)柜內(nèi)部元器件老化/劣化時(shí)，流過的負(fù)載電流會(huì)造成局部過熱，并最終形成電弧事故。電弧爆炸的威力十分巨大，往往造成人員和生產(chǎn)巨大的損失。
通過監(jiān)測開關(guān)柜設(shè)備中發(fā)熱接頭的運(yùn)行情況，可有效防止開關(guān)設(shè)備因發(fā)熱而引發(fā)事故；但由于柜內(nèi)具有裸露高壓帶電體，且空間狹小，無法進(jìn)行人工巡查測溫，通常的溫度測量方法不能使用。安裝HFP30系列無源無線數(shù)字測溫系統(tǒng)為，不但為今后開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定可靠的運(yùn)行提供了保障，也方便了設(shè)備安全管理，同時(shí)提高了電網(wǎng)運(yùn)行管理效率。
HFP30系列高壓無源無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用目標(biāo)：
無源 | 測溫傳感器免電池, 無需CT取電；測溫傳感器工作電能取自高壓電場。 |
無線 | 測溫傳感器與數(shù)據(jù)收集器間的通信, 采用無線射頻通信技術(shù)；無線通信距離在無遮擋時(shí)可達(dá)到200米。 |
數(shù)字 | 測溫傳感器內(nèi)置微型集成電路IC，傳感器帶獨(dú)立ID地址，溫度數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸由數(shù)字化無線通信協(xié)議模式實(shí)現(xiàn)。 |
測溫 | 應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)柜（RMU）電纜頭測溫、空氣斷路器開關(guān)觸頭測溫、高壓母排測溫、隔離開關(guān)銅排測溫、刀閘測溫、電容器接頭測溫、變壓器接頭測溫、高壓輸電線路測溫、高壓電抗器測溫。 |
常見測溫方案比較
測溫方法 | 無源無線測溫 | 聲表面波測溫 | RFID測溫 | CT取能測溫 | 電池?zé)o線測溫 | 紅外測溫 |
供電及傳輸方式 | 高壓感應(yīng)取電 無線傳輸 | 射頻感應(yīng)取電 無線傳輸 | 射頻感應(yīng)取電 無線傳輸 | CT感應(yīng)取電 無線傳輸 | 電池供電 無線傳輸 | 無需供電 |
感溫方式 | 直接接觸 | 直接接觸 | 直接接觸 | 直接接觸 | 直接接觸 | 非接觸式 |
適用范圍 | 斷路器、母線電纜接點(diǎn)、母排、架空輸電線路等 | 斷路器、母線電纜接點(diǎn)等 | 斷路器、母線電纜接點(diǎn)等 | 斷路器、母線電纜接點(diǎn)等 | 斷路器、母線電纜接點(diǎn)等 | 易熱點(diǎn)測溫 |
施工 | 簡單方便 | 簡單方便 | 簡單方便 | 需按測點(diǎn)尺寸選配不同型號(hào) | 簡單方便 | 人工現(xiàn)場測量 |
優(yōu)缺點(diǎn) | 穩(wěn)定性好； 只要線路帶電設(shè)備即可正常工作； 溫度測量準(zhǔn)確； 無電池，免維護(hù)； | 穩(wěn)定性差； 易受電磁干擾，無線傳輸距離短，運(yùn)行中掉線；測量精度差，容易發(fā)生溫度跳變，導(dǎo)致誤報(bào)；無法校準(zhǔn)標(biāo)定 | 穩(wěn)定性一般； 體積??； 穩(wěn)定性一般； 由于RFID電子標(biāo)簽具有反向反射性特點(diǎn)，使得在金屬物體表面應(yīng)用比較困難； | 受測溫點(diǎn)負(fù)荷波動(dòng)，空間體積限制，取能穩(wěn)定性差，故障率很高；在測溫點(diǎn)負(fù)荷電流較小情況下無法正常測量溫度； | 電池在高溫環(huán)境中可靠性存在問題，易損壞；定期更換電池，增加成本； | 體積大，成本高，精度差；無法實(shí)時(shí)在線測量；無法繞射透過遮擋物，需對(duì)準(zhǔn)被測點(diǎn)，在很多位置受限； |
工作原理
本系統(tǒng)基于高壓電場感應(yīng)取電。這種取電方法不同于電流感應(yīng)CT取電法。電流感應(yīng)CT取電線路上必須要有電流，如果線路上無電流或電流較小，則無法取電，設(shè)備無法工作。高壓電場感應(yīng)取電不需要電流，只要有高壓電壓就行。其工作原理如圖3-1所示。
圖3-1 電場空間取電原理圖
武漢朗開智能科技有限公司根據(jù)高壓電場感應(yīng)取電原理自主研發(fā)出高壓無源無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。
高壓無源無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)由無源無線溫度傳感器（測溫探頭）、無線集中器（無線數(shù)據(jù)接收器）組成，可應(yīng)用于各種高電壓配電設(shè)備的溫度在線監(jiān)測，如移開式戶內(nèi)開關(guān)設(shè)備的母排測溫，環(huán)網(wǎng)柜電纜接頭處絕緣塞測溫，也可應(yīng)用于高壓輸電線路、高壓隔離開關(guān)觸頭、變壓器出線等高壓電器的溫度在線監(jiān)測。
技術(shù)特點(diǎn)
l HFP30高壓無源無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)基于高壓感應(yīng)取能技術(shù)實(shí)現(xiàn)測溫及無線數(shù)字化通信方式；
l 具備ID標(biāo)識(shí)碼, 無線通信距離遠(yuǎn)。
l 無源測溫傳感器免電池、免CT、數(shù)字測量、數(shù)字傳輸；排除了電池隱患，抗干擾性好，高效、穩(wěn)定；
l 無源測溫傳感器免維護(hù)，可直接與現(xiàn)在產(chǎn)品進(jìn)行一體集成或封灌成一體；
l 無源測溫傳感器采用無線通信方式，高壓隔離, 安全可靠；方便施工和維護(hù)。
全絕緣式電纜附件（絕緣塞）測溫系統(tǒng)
參考標(biāo)準(zhǔn)
l 《GB/T11022-2011 高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》第4.5.2節(jié)對(duì)溫升有具體要求。
l 《Q/CSG XXXXX.X-2013 高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
可應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)柜、箱式變、電纜分支箱等各種高壓電氣設(shè)備電纜頭的溫度監(jiān)測。
應(yīng)用場景
技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢
目前市面上已有的電纜頭無線測溫系統(tǒng)大多采用獨(dú)立的測溫傳感器，傳感器采用捆扎的方式安裝在電纜頭的外表面層上。此類無線測溫系統(tǒng)存在以下問題。
1， 采取捆扎式安裝的傳感器，在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)造成傳感器不牢固，甚至?xí)臏y溫設(shè)備上脫落，造成安全事故。
2， 測溫傳感器僅與電纜頭外表接觸，測得的溫度與電纜頭的實(shí)際溫度有較大的偏差。
3， 傳統(tǒng)傳感器采用電池供電，電池存在使用壽命的問題要定期更換，甚至有安全隱患（高溫時(shí)爆炸）的可能。
武漢朗開智能科技有限公司研發(fā)的無線測溫解決方案，采用高壓感應(yīng)取電技術(shù)以及低功耗數(shù)字化無線技術(shù)，研發(fā)生產(chǎn)出免電池、免維護(hù)、體積足夠小的測溫模塊。此測溫模塊澆注至絕緣塞中，和原始絕緣塞外觀尺寸無任何變化。
電纜附件在安裝完成后，絕緣塞是與電纜接頭緊密接觸的，所以將測溫傳感器內(nèi)置于絕緣塞中，測量的溫度是電纜接頭的實(shí)際溫度。
系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
HFP30溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度采集器及通信管理機(jī)組成。溫度傳感器從電纜接頭處測溫點(diǎn)進(jìn)行溫度信息的采集，并將采集到的溫度信息進(jìn)行數(shù)字處理后，通過數(shù)字無線鏈路主動(dòng)發(fā)送給溫度采集器。溫度采集器將接收到各測溫點(diǎn)的溫度信息上報(bào)給通信管理機(jī)，由經(jīng)通信管理機(jī)通過以太網(wǎng)上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器將數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)分析，并繪圖等處理。
產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
溫度傳感器參數(shù) | |
溫度測量范圍 | -30℃～135℃ |
溫度測量精度 | ±(標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)×1% + 1℃) |
分辨率 | 0．1℃ |
傳感器尺寸 | 內(nèi)置于絕緣塞內(nèi) |
取電方式 | 感應(yīng)取電，無需電池，CT |
測量周期 | 上電初始小于20分鐘，測量周期小于3分鐘 |
射頻標(biāo)準(zhǔn) | 2.4GHz |
溫度采集器參數(shù) | |
可管理溫度傳感器數(shù)量 | 最多12只，默認(rèn)3只 |
顯示 | TFT LCD，帶背光 |
通信接口 | ModbusRTU從機(jī)，波特率可配置 |
工作電源 | AC 220V ±20%或CT取能裝置供電 |
功耗 | 小于5W |
工作環(huán)境 | 溫度：-25℃～55℃ 濕度：5%～95%無凝露 |
存儲(chǔ)溫度 | -40℃～80℃ |
安裝位置及配置
安裝部位：環(huán)網(wǎng)開關(guān)的3相電纜頭為發(fā)熱敏感位置,建議加裝無源測溫傳感器。
安裝方法：使用帶測溫功能的電纜附件（測溫傳感器已經(jīng)澆注在絕緣塞內(nèi)），正常安裝方式。
數(shù)量配置：單只溫度采集器，可配置為接收3～6個(gè)溫度點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
開關(guān)柜斷路器觸頭或母排測溫系統(tǒng)
安裝位置及配置
? 測溫節(jié)點(diǎn)：
n 高壓開關(guān)柜斷路器上、下觸頭
n 高壓刀閘開關(guān)觸點(diǎn)
n 高壓電纜接頭
n 母排連接點(diǎn)
n 高壓設(shè)備存在接觸電阻的連接點(diǎn)
? 測量節(jié)點(diǎn)示意
? 測溫點(diǎn)圖例展示
系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)同絕緣塞
高壓輸電線測溫系統(tǒng)
傳感器技術(shù)參數(shù)
溫度傳感器參數(shù) | |
適應(yīng)電壓等級(jí) | 35kV及以上 |
溫度測量范圍 | -30℃～120℃ |
溫度測量精度 | ±(標(biāo)準(zhǔn)讀數(shù)×1% + 1℃) |
分辨率 | 0．1℃ |
取電方式 | 電壓感應(yīng)取電，無需電池 |
測量周期 | 上電初始小于20分鐘，測量周期小于3分鐘 |
射頻標(biāo)準(zhǔn) | 2.4GHz |
傳輸距離 | 150米 |
接收與轉(zhuǎn)發(fā)裝置技術(shù)參數(shù)
接收與轉(zhuǎn)發(fā)裝置參數(shù) | |
可管理溫度傳感器數(shù)量 | 最多60只 |
通信方式 | GPRS |
工作電源 | CT取電裝置供電 |
功耗 | 小于3W |
工作環(huán)境 | 溫度：-25℃～85℃ 濕度：5%～95%無凝露 |
存儲(chǔ)溫度 | -40℃～80℃ |
7.3 CT取電裝置技術(shù)參數(shù)
CT取電裝置參數(shù) | |
最小工作電流 | 50A |
工作電流 | 1000A |
最小輸出功率 | 3W |
取電CT重量 | 3kg |
現(xiàn)場安裝照片
傳感器外形圖
傳感器外形圖
安裝在500kV輸電線路上
安裝在500kV輸電線路的引流板上
安裝在500kV輸電線路的引流板上
接收與轉(zhuǎn)發(fā)裝置
高壓隔離開關(guān)測溫
高壓電抗器測溫
鐵路牽引變電站測溫
幾種傳感器外形
