摘要:随着时代的发展,越来越多的设备逐渐走向智能化,变电站也是如此。在智能化变电站中,分析其基本结构以及基本运行方式,进而能实现10kV高压开关柜在线测温技术的投入使用。本文在这前提下,主要介绍10kV高压开关柜在线测温技术的重要内容,同时分析该技术的实际应用过程,期望以供参考。
关键词:智能化变电站;测量温度;高压
0引言
智能化变电站主要是电力系统直接向10kV配电网合理分配电气的设备,在时间较长的条件下,部分高压开关柜很可能通过4000A的电流。在较高的工作电流和高压开关柜内部各插头发生位置偏移、动静触头较为松动、不合理的用料等因素的影响下,造成相应的电阻明显增加,进而导致10kV高压开关柜的内部严重发热。我国对10kV高压开关柜具有严格规定(提供的产品应该符合国家鉴定文件或同有效证明文件):如果超过允许的温度值,则会严重影响10kV高压开关柜的运行效率,从而造成事故。因此,采取有效的在线测温技术,准确、实时监测10kV高压开关柜的内部温度是至关重要的。
1 10kV高压开关柜在线测温技术的基本内容与特点
一般情况下,10kV高压开关柜的柜体是全封闭式,其柜内所含有的空间范围很小,柜中包含较多的设备,造成电气设备之间的安全距离很短,这在一定程度上导致测温工作难度明显增加。传统测温技术(温度传感器传送被监测点温度时,将自身编号ID也进行传输,当传输到计算器时,则会自动显示各监测点温度)大多存在或多或少的问题,如果使用传统测温技术对10kV高压开关进行测温操作,一般不能达到良好的效果。因此,研究新型在线测温系统是很有必要的。
1.1原理
10kV高压开关柜在线测温技术的工作原理为:采集器通过利用天线对SAW(表面声波)传感器传输无线电磁波信号,该传感器收到电池波信号后,叉指换能器(广泛应用的有效瑞利表面波换能器)就会引发声表面波,使得声表面波能顺着电压基材表面传递到反射区,再传递回叉指换能器,让叉指换能器利用天线,对采集器发射反向电磁波,采集器进行接收即可[1]。
1.2构成系统
1.2.1站控层
站控层主要是由SCADA(监控与数据采集技术)系统和站内监控磁通共同构成,主要功能表现在:实现站内能进行实时监测,同时远程高压开关柜能被应用,使其得到好的使用效果。
1.2.2间隔层
间隔层是测温系统重要的集中服务器。一般情况下,各站内往往都会设置一台集中服务器,充分利用RS485总线的重要方法,将各高压开关柜的温度采集器紧密的联系在一起,同时整理并对站内开关柜所有温度信息进行分类,并在间隔层需要提供以103/104为标准的通信规章制度,使得各站控层间能有效完成沟通交流。其次,集中服务器应该及时提供24V的输出电源(利用散热片,用DC-DC转换器),便于采集器能长期正常工作。
1.2.3过程层
过程层主要是由传感器和天线构成。传感器需要在高压待测温点下能进行安装,比如接头开关、进线母线接点和电缆出线接点等方面。
1.3 10kV高压开关柜在线测温技术的特征分析
1.3.1 10kV高压开关柜在线测温技术的优缺点
随着我国科学技术的不断发展,10kV高压输电系统中,较为常见的主要有XGN开关柜和KYN开关柜两种类型,其组成部分主要包括隔离开关、电缆接点以及断路装置等内容。但是如果长期放置开关柜,在开关柜内易产生一些杂物,如灰尘,其自身较为微小、不可避免,这些较小的灰尘和杂物会直接影响开关柜内部结构,导致其设备不能正常工作。因此,清洁这些电气设备内部也逐渐成为重要的问题。除此之外,柜内清洁不仅是是重要问题,合理控制开关柜内部湿度也是重要问题。湿度如果过大,柜内潮气也会较为严重,这样也会导致高压开关柜不能正常进行工作。一般来说,在XGN开关柜中,在导电的位置需要做相应的绝缘热缩处理。简单说,在XGN开关柜中,需要采用绝缘层覆盖住整个需要进行测温的重要部分,在这种前提条件下,相关的检测人员不能在开关柜外对设备内部展开测温工作,这样无法及时了解开关柜实际内部情况。因此,在恶劣环境的影响下,要想充分发挥在线测温技术的实际应用,要有效提升其抗干扰能力,同时提升其负荷能力,保障测温数据的真实与完整。
1.3.2开关柜内部原有电气元件注意要点
10kV高压开关柜的内部较为复杂,进而需要大量的电气元件量,并且不同电气元件具有自身工作原理和注意事项。但是运行这些电气设备需要从实际情况出发,不同电气设备的运行状态和运行程序存在较为显著的差异,相关工作人员应该选择较为实用的方法合理使用高压开关柜。因此,基于这种情况,要想确保相应的测温工作能顺利正常的运行,在实际安装工作中,一些相应的注意事项需要特别注意。比如工作人员在安装开关柜时,安装开关柜电气设备自身元件要特别注意,防止在安装过程时损坏部分元件,只有这样做,才能确保其能正常运行,同时还能充分发挥自身性能,只有在安装过程中注意点滴小事,才能让高压开关柜发挥自身性能[2]。
2 10kV高压开关柜在线测温技术的现状分析
2.1红外测温法
红外测温法原理:详细测量检测系统,其是在非直接接触测量方法中较为典型方法。目前红外测温仪使用较为方便,大多数同时还具备扩展功能,如自主进行拍照和自动寻找温度点等功能,在现代化电力行业中得到较为广泛的应用。但对10kV开关柜来说,受到开关柜内部元件及绝缘体的影响,很可能阻挡红外线,导致测温工作难度加大,不能保证测量结果,在进行校正时会出现诸多麻烦,进而导致其通用性较低,仅仅适用于早期10kV开关柜测温工作,并不能应用于目前较为常用的全封闭式金属开关柜中。
2.2光纤测温法
光纤测温法原理:光源发出光经过放大后,则由光纤到达传感器热敏材料部分,每个传感器反射会窄谱脉冲光信号。该测温技术是近几年研究开发的测温技术,其在开关柜内存在的电气元件进行测温的过程中,具有与检测设备紧密接触的优势。随着光纤的被广泛的使用,在很大程度上便于测温工作顺利进行,同时能抵抗附近周围的电磁环境,并且能避免损坏开关柜内部机械元件的特性,具有辐射强、电压高、侵蚀性大等特点。在电磁影响等恶劣环境下,其能够实现连续不间断顺利进行测温工作,这是其他测温技术不能实现方法,进而非常适合10kV高压开关柜中的测温工作。
2.3无线测温法
无线测温法的原理:利用其固有的绝缘性以及抗电磁场干扰性能,安装到每个高压开关柜上,直接显示读取的数据。无线测温法是新型的一种测温方法。对于这种测温方法来说,在每个测温点上已被直接作用分散式测温设备。但在设立过程中,接收温度信息设备需要在设立位置与开关柜之间保留一定距离,可以利用无线技术进行沟通交流,从而完成高压分离工作与绝缘工作。但是,无限测温技术也存在或多或少的问题,其中较为显著的就是测温设备稳定性的问题。这种装置大多使用电流感应式电源,该电源的能量大小会因为电力荷载发生变化而进行变化,如果电力荷载变化情况过大,则会大幅度改变能量幅度,进而可能会引起测温装工作时出现断电的情况[3]。
3安科瑞无线测温系统
3.1系统结构
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯,系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约,安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能,可以监控无线测温系统的设备运行状况,实现快速报警响应,预防严重故障发生。
适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。
温度在线监测系统结构图
3.2系统功能
测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室,可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能:
温度显示:显示配电系统内每个测温点的实时值,也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。
温度曲线:查看每个测温点的温度趋势曲线。
运行报表:查询及打印各测温点时间的温度数据。
实时告警:系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能,能够对所有事件发出语音告警,告警方式有弹窗、语音告警等,还可以短信/APP推送告警消息,及时提醒值班人员。
历史事件查询:能够温度越限等事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析等。
系统硬件配置:
温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元,通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成,实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。