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中壓電動機保護專用互感器 AKH-L零序電流互感器 AKH-0.66Z三相電流互感器 AKH-0.66K開口電流互感器 AKH-0.66G計量電流互感器 AKH-0.66測量型電流互感器 AKH-0.66P保護電流互感器 AKH-0.66L剩余電流互感器 AKH-0.66M8直接接互感器 AKH-0.66J澆注計量互感器 AKH-0.66H戶外電流互感器 AKH-0.66φ卡式電流互感器 ARU系列浪涌保護器 JDG-0.4電壓互感器 AKH-0.66W微型電流互感器 AKH-0.66D導軌電流互感器 AKH-0.66SM雙繞組傳感器 BD系列電力變送器 BM系列模擬信號隔離器 BA系列交流電流傳感器 霍爾傳感器
淺談開關柜開關觸頭在線測溫裝置的研究與設計
摘要:為了對運行中的高壓開關柜柜內開關觸頭溫度進行檢測,提出一種利用磁場耦合原理獲取溫度采集部分持續的工作電能,來解決高壓開關觸頭溫度在線監測問題,以達到及時發現溫度隱患,降低開關燒毀事故的發生,該裝置主要由溫度采集部分和溫度顯示兩部分組成,二者之間通過無線傳輸數據,經試驗測定,該種方法可以方便準確地測量開關觸頭的溫度,為*消除因開關溫升過高引發重大事故提供一種科學有效地解決方法。
關鍵詞:開關柜;開關觸頭;測溫;在線監測
0 引言
開關柜開關觸頭穩升的監測一直是輸變電安全運行關注的重要環節,為確保輸變電設備的安全運行,電力行業目前均采用熱成像儀等檢測設備定期對高壓輸變電線路的連接點、閘刀等發熱部位進行溫度掃描,對防止這些部位溫升過高、消除事故隱患起到了一定的作用,但是這種檢測方法只能定期檢測,不能對氣體密封的開關柜內部開關觸頭進行溫升檢測,不能達到及時消除安全隱患,為了實時檢測到氣體絕緣開關柜內部開關觸頭的溫升的變化,及時消除事故隱患,提出一種24小時的在線溫升測量裝置,它不僅可以解決監測發熱點溫升的實時性問題,提前發現和排除熱故障隱患,還可以實現數據遠傳自動超溫警示等功能。開關觸頭在線式測溫方法主要采用電磁耦合方式獲得持續的供電電能,利用射頻技術向外發送開關觸頭溫度信號,其優點是不需要外接電源,采用自供電方式供電,具有節能等特點,現有的紅外測溫方法存在的主要問題是需要人工巡檢,有時還會受到天氣等因素的影響,它無法檢測封閉在機柜內的高壓開關觸點、母線,而且無法實現高壓設備和溫度在線檢測的一體化集成,基于上述要求,設計了一種開關柜開關觸頭在線測溫裝置,可以對高壓設備發熱處連續監測,其優點是準確度高,實時性好,還可以實現對重要設備運行溫度遠方遙測和遙信,易于連接成監控網絡,因此,該種檢測方法具有很好的推廣應用前景。
1開關柜開關觸頭在線測溫裝置的設計
開關柜開關觸頭在線測溫裝置主要由開關觸頭溫度采集部分和溫度顯示部分組成,開關觸頭溫度采集部分包括發射部分電源電路、溫度采集電路、發射部分微處理器、無線發射
電路,如圖1~2所示。
圖 1 溫度采集部分原理圖 圖 2 溫度顯示部分的原理圖
發射部分電源電路由電流感應線圈、高導磁材料的鐵芯、穩壓和濾波電路組成,電流感應線圈繞在高導磁材料的鐵芯上,具體圈數需根據被測電流值大小按一定比例確定,高導磁
材料的鐵芯制成環狀用絕緣材料密封后套裝在被測開關觸頭位置,這樣電流感應線圈中就耦合出被開關觸頭流過的大電流,電流感應線圈輸出端的兩根引線與電壓轉換模塊連接,這
樣發射部分電源實現了不需外接電源,利用電磁場耦合原理在高壓母線上直接取得能量為采集器提供電能,解決了傳統電池供電更換困難,有時無法更換的問題。
2 強磁場的電磁干擾及抗干擾方法
2.1 電磁干擾根源
輸電線路電暈放電是產生無線電干擾的根源。高壓輸電線路在導線周圍形成一個強大的電場且導線表面場強較高,當輸電線路表面電場強度超過空氣分子的游離強度(一般在20~30kV/cm之間),就可聽到“刺刺”的放電聲,嗅到臭氧(O3)的氣味,夜間還可以看到導線周圍發出的藍紫色熒光,這就是電暈放電。電暈放電的基本現象是電荷的脈沖發射方式,在此過程中,自由電荷(即離子和電子)突然形成并且立即被強電場帶至導線周圍。
2.2 抗干擾措施
高壓輸電線路的電磁干擾是發送裝置的主要干擾源,而電暈放電是產生電磁干擾的主要根源。對于抗電磁干擾問題首先需要選擇接收發送模塊的合適頻率(發射接收頻率選為433MHz或315MHz),頻率的選擇避開了高電暈噪聲電平,以及合理地對發送接收信號進行處理,在裝置中設置限幅濾波電路等得到工頻的有用信號。
3 實施實例
由于傳感器測溫組件在高電壓端,為解決高電壓端的測溫組件供電問題,必須由一個取一次電流的互感器線圈來提供感應式電源。由于斷路器、母線排經常已預先安裝連接好,互感器必須通過現場線制的方式來完成取電過程。圓觸臂和扁母線的典型繞制取電互感器鐵芯的方法。當觸臂或母線為扁母排形式時(可以從60~120mm寬度不等),采用直形空心線圈,繞制方法基本和圓母線的方式相同,同樣需要穿入熱縮套管。收尾時也要用硅鋼片將空心的孔隙塞緊,尾端要在線圈的孔中。矩形母線繞制完畢后,有一副專用的尼龍罩殼,將繞制好的互感器從兩頭套入尼龍罩內,然后將尼龍罩用高溫扎帶穿入孔中扎緊,則扁母線的取電互感器制作完成,如圖3所示。
圖 3 線圈繞制石示例圖
4 安科瑞無線測溫系統介紹與選型
安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求,在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例,并結合安科瑞多年來的豐富經驗,采用面向對象的分層分布式設計思想,結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款專業的無線測溫軟件。
4.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信(如圖4),系統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約,安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件警示、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監控無線測溫系統的設備運行狀況,實現快速警示響應,預防嚴重故障發生。
Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構,硬件兼容性強,軟件移植性好,應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力,快速的事件響應,友好的人機界面,方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理,接口簡捷明了,主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。
圖4 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖
4.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能
■實時監測
Acrel-2000T無線測溫監控軟件人機界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選)
■運行報表
查詢各回路設備運行溫度報表.
■實時告警
壁掛式無線測溫監控設備具有實時警示功能,設備能夠對溫度越限等事件發出告警。
■設備提供以下凡種告警方式:
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音警示功能,能夠對所有事件發出語音告警.
C.短信吿警,可以向發送吿警信息短信(需選配).
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理,方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯,查詢統計、事故分析。
■用戶權限管理
Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運行,設置了用戶權限管理功能。
通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作(如數據庫修改等)。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限,為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
■定值設置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB(可選)
展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息, 設備溫度、通信狀態,用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息,可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化,包括測量量、信號量等信息(信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持)。
能耗統計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值,功率、電能趨勢曲線,電能環比,用電排名。
運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。
■手機APP(可選)
設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。
4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型
安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點,將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置,再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(如圖5)。
圖5 電氣接點在線測溫結構圖
4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種,分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求,可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同,考慮安裝方便的因素,選擇相匹配的傳感器。
無線測溫收發器共有3種,通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配,同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。4.3.2 安科瑞無線收發器
顯示裝置通過RS485連接收發器,可嵌入式安裝于柜體上,若柜體開孔不便,也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時,也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。4.3.3 安科瑞顯示終端
5 結論
開關觸頭在線測溫裝置利用CT飽和取電技術使溫度采集部分,不需借助電池的情況就可以實現測溫度采集部分正常工作,溫度顯示部分可以顯示A相、B相、C相上下觸頭及環境溫度的溫度值,還具有超溫警示,如果超出設置的溫度上限值則進行超溫警示,提示相關人員進行檢修或采取其他相應措施,將問題消滅在萌芽狀態,開關柜開關觸頭在線測溫裝置在實際使用時溫度采集端無須外部提供電源,因此,開關柜開關觸頭在線測溫裝置也可應用于戶內外高壓線路開關溫度在線檢測中,對高壓開關溫升故障的預防方面有非常重要的意義。
【參考文獻】
[1] 李國定.電磁場理論基礎[M].清華大學出版社,2000,8.
[2] 徐榮杰,劉利華,王然冉.輸電線周圍工頻電場的探測問題[J].沈陽建筑工程學院報,1994,10(4):399~405.
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[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.