隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)向著高電壓、高容量的方向前進(jìn)著，電力系統(tǒng)全新的技術(shù)與設(shè)備層出不窮，電力的輸送能力不斷提升。然而，高壓電氣設(shè)備承載的高壓電力負(fù)荷也讓其自身的溫升問題成為了威脅電網(wǎng)穩(wěn)定的元兇，設(shè)備溫度已經(jīng)成為了當(dāng)下電網(wǎng)輸電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要參數(shù)。本文基于高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因，對無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用進(jìn)行分析，剖析其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)并提供應(yīng)用實(shí)例，為我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與發(fā)展提供參考。
我國電力系統(tǒng)中的高壓電氣設(shè)備有著多種多樣的連接點(diǎn)，比如隔離的開關(guān)接頭、母線節(jié)點(diǎn)等。很多的設(shè)備由于制造或者安全過程中的質(zhì)量問題會出現(xiàn)接觸不良的問題，在使用過程中產(chǎn)生較大的電阻，從而出現(xiàn)溫升問題。
1、高壓電氣設(shè)備溫升問題的原因
測溫系統(tǒng)的應(yīng)用離不開對溫升問題產(chǎn)生原因的剖析。一，高壓電氣設(shè)備自身的質(zhì)量問題和安裝問題，特別是在設(shè)備螺栓的連接處，連接點(diǎn)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，其緊固度是否達(dá)標(biāo)都影響著電阻的強(qiáng)弱。很多設(shè)備連接處在安裝時(shí)都會出現(xiàn)不平整和粗糙的問題，打磨上的不到位也會導(dǎo)致電阻的加大，接觸不良，進(jìn)而影響設(shè)備的使用使得溫升問題明顯。二，高壓電氣設(shè)備運(yùn)輸?shù)倪^程中不注意保護(hù)，造成磕碰，導(dǎo)致連接點(diǎn)或者關(guān)鍵部位變形，進(jìn)而造成接觸不良。三，高壓電氣設(shè)備自身的金屬表面易發(fā)生銹蝕或者氧化反應(yīng)，設(shè)備表面的問題也會影響設(shè)備的接觸，部分電氣設(shè)備的工作環(huán)境不佳，高溫、雨雪、大風(fēng)的環(huán)境因素更會加速設(shè)備自身的老化，造成溫升問題嚴(yán)重。四，外力因素影響設(shè)備連接處接觸不良。很多的設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場情況比較復(fù)雜，設(shè)備安裝、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)也容易出現(xiàn)紕漏，導(dǎo)致很多電纜接頭、隔離開關(guān)部位接觸不良，溫升問題嚴(yán)重。五，設(shè)備長期處于高荷載的壓力下，高壓電氣設(shè)備自身承載了高壓電的輸送和應(yīng)用，一旦電流過大超過設(shè)備的承載能力，加之電流自身的熱效應(yīng)作用，會讓設(shè)備溫度急速上升。
2、無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)備應(yīng)用分析
無線測溫系統(tǒng)的組成可以分為溫度傳感器部分以及溫度監(jiān)測結(jié)果顯示與分析部分，也可以分為系統(tǒng)的硬件與軟件。如圖1所示的高壓電力設(shè)備無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，通常情況下，在開關(guān)柜、電纜接頭、保險(xiǎn)絲等的交界處安裝有溫度傳感器，為了確保測量的準(zhǔn)確性，傳感器通常與受檢處在相同的電壓位置，再利用無線技術(shù)把采集到的信號進(jìn)行傳輸和顯示。為了確保溫度測量的安全性，對高電壓和低電壓工作部件進(jìn)行絕緣，防止泄漏和其他事故。通常，在工作設(shè)備的外部表面上設(shè)有多個(gè)信道，用于對多個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理，然后將接收機(jī)所接收的資料經(jīng)由串行或并行端口傳送至電腦，經(jīng)預(yù)先編制的程式加以分析及加工。
圖 1 高壓電力設(shè)備無線測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.1 溫度傳感器
溫度傳感器的作用是把溫度信號轉(zhuǎn)換成電訊號，通常采用 Pt100 型溫差電偶計(jì)，其測量準(zhǔn)確度可達(dá) 0.1攝氏度。也可采用零磁通微型電流傳感器，同樣具有較高的應(yīng)用價(jià)值。從技術(shù)上來說，磁力傳感器選擇了低損耗的坡莫合金作為鐵芯，并利用特殊的負(fù)壓技術(shù)和保護(hù)手段，實(shí)現(xiàn)了對鐵芯的自動(dòng)補(bǔ)償，使得鐵芯處于零磁通的理想工作條件下。無線溫度傳感器除了測溫器件之外，還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路和特定的頻率下的無線電通訊電路。為適應(yīng)較高的工作條件，一般采用高溫、高壓的熱收縮管材包裝，并具有一定的防水、防塵性能，以保證長期使用。由于無線測溫設(shè)備通常工作區(qū)很小，所以在使用過程中要盡可能縮小其尺寸以滿足工作條件。當(dāng)采用溫度傳感器時(shí)，可以采用耐熱的膠合線或膠合技術(shù)將熱敏元件與物件的外表相結(jié)合，但應(yīng)注意保持接觸點(diǎn)的緊密，以降低測量的誤差。無線溫度傳感器應(yīng)該具有較寬的線性工作范圍，通常選用-55~130 攝氏度的感溫元件，并針對各種工況結(jié)合測量精度和測量誤差的要求進(jìn)行溫度傳感器的選擇。
2.2 無線溫度檢測器
無線溫度檢測器系統(tǒng)具有多個(gè)接收信道，能夠?qū)Χ鄠€(gè)不同的測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和顯示。在無線溫度檢測器中設(shè)有判斷和故障處置功能，由工作人員預(yù)先設(shè)定一個(gè)安全區(qū)，由無線溫度檢測器將采集到的信息與設(shè)定的閾值進(jìn)行比對，如果溫度超過該閾值，則進(jìn)入故障處理模組，并將警示文字輸出，并輸出一組高、低的電平來啟動(dòng)警報(bào)信號和聲音。無線溫度檢測器除了具備基本的檢測和警報(bào)的作用外，還具備了信息傳遞的能力，它可以通過一條數(shù)據(jù)線路或一條串/并端口通訊晶片與電腦相連，員工可以對多個(gè)開關(guān)、接觸部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并對其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全問題。
2.3 實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)
相較于上述的傳感器與檢測器此類硬件設(shè)施，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)更偏向于無線測溫系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)是整體無線測溫硬件運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理、信號收集等功能的統(tǒng)合，通過客戶端的界面與工作人員進(jìn)行聯(lián)系和指令的上傳下達(dá)。為了減少操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，技術(shù)工作者研制出符合以上所描述的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)，以便對硬件部分測溫結(jié)果進(jìn)行分析和處理。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有溫度顯示、數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)分析對比、故障警示、故障分析、設(shè)備運(yùn)行狀況分析等功能，可以對硬件部分的功能進(jìn)行整合與補(bǔ)全。在實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可以將冗雜的數(shù)據(jù)處理工作采用一些模塊化的設(shè)計(jì)方法，將各模塊單元按照功能進(jìn)行分解，分門別類的儲存數(shù)據(jù)與處理數(shù)據(jù)，這種模塊化的設(shè)計(jì)方法可以讓實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有更高的適用性與安全性。實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)能夠協(xié)助技術(shù)工作者進(jìn)行大量的資料收集、提取、比較、分析工作，并能根據(jù)不同設(shè)備的不同溫度，實(shí)時(shí)報(bào)告各種異常狀況，確保各項(xiàng)裝置的正常工作。同時(shí)，實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測系統(tǒng)還具備較好的數(shù)學(xué)運(yùn)算及可視化性能，能夠?qū)⒛骋粫r(shí)期的資料顯示為圖表，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)記，方便后期維護(hù)保養(yǎng)。
3、無線測溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備上的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)與不足
3.1 無線測溫系統(tǒng)在電氣設(shè)備中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢
隨著科技的進(jìn)步，無線測溫系統(tǒng)經(jīng)過了無數(shù)次的升級與升級，其性能變得越來越強(qiáng)，對溫度的監(jiān)測也越來越準(zhǔn)確。當(dāng)前的電力建設(shè)需要無線測溫系統(tǒng)越來越實(shí)時(shí)化、準(zhǔn)確化，高壓電氣設(shè)備更是如此，無線測溫系統(tǒng)也隨著高壓電氣設(shè)備的應(yīng)用而不斷調(diào)整。在訊號接收方面，無線測溫系統(tǒng)依據(jù)高壓電氣設(shè)備的特點(diǎn)，延伸出較高的信號頻率，具有良好的穩(wěn)定性，不易被外界因素干擾。在信號傳輸上，采用了無線通訊技術(shù)，這種技術(shù)相對來說比較簡單，能耗和成本比較低，而且可以根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,實(shí)時(shí)監(jiān)測到儀器的工作狀態(tài)，而不受天氣條件的限制?？梢詫x器的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免漏檢。同時(shí)，還能按用戶的需求設(shè)定裝置的超溫報(bào)警器，并能通過聲音和信號向操作人員提示特定的設(shè)備位置。
3.2 無線測溫系統(tǒng)在電氣設(shè)備中應(yīng)用的不足
采用了無線測溫系統(tǒng)的高壓電氣設(shè)備溫度測量，降低了變電站操作人員的巡視工作強(qiáng)度，也同時(shí)提高了設(shè)備的安全性能。但是，在實(shí)際使用中，無線測溫系統(tǒng)也存在著一定的缺點(diǎn)。首先，無線測溫系統(tǒng)是一種主動(dòng)式的技術(shù)，它需要內(nèi)置一個(gè)電池來供電，當(dāng)電池耗盡時(shí)，無線測溫系統(tǒng)就會自動(dòng)關(guān)閉，工作人員無法看到設(shè)備溫度，只能通過斷開線路來替換電池重新恢復(fù)連接，從而使變電所的開關(guān)工作和意外斷電的數(shù)量大幅度提高。為了解決這個(gè)問題，我們可以在技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，將內(nèi)置的電池?fù)Q成被動(dòng)式電源，利用固定點(diǎn)的電流產(chǎn)生的電磁波作為動(dòng)力，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性得到了提升。其次，在實(shí)際應(yīng)用中，電源裝置的一些溫控指標(biāo)常常會出現(xiàn)故障，初步判斷為無線測溫傳感器電池電量不足所致，經(jīng)停電更換無線測溫傳感器后，此現(xiàn)象依然存在。這種情況需要對現(xiàn)場進(jìn)行檢測，對接收端的安裝進(jìn)行調(diào)試，縮短與溫度測量點(diǎn)與無線測溫系統(tǒng)之間的距離，避免了這種情況的出現(xiàn)。另外，使用自帶有源技術(shù)的無線測溫傳感器不能更換電池，如果檢測到其電池的電量不夠，須對無線傳感器進(jìn)行替換，這不但會提高儀器的維修費(fèi)用，還會造成設(shè)備的資源消耗。
4、無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例
與國外的無線測溫系統(tǒng)技術(shù)比較，國內(nèi)的溫度測量技術(shù)發(fā)展相對滯后，但由于近年來國內(nèi)產(chǎn)業(yè)對此的持續(xù)關(guān)注，在這一領(lǐng)域的投資、人力、物力都得到了提高。在電力產(chǎn)業(yè)中，有很多輔助設(shè)備裝置，尤其是對電力運(yùn)行的監(jiān)控設(shè)備。就是當(dāng)線路運(yùn)行到一定的負(fù)載或者是高溫的時(shí)候，這個(gè)裝置就會自動(dòng)的停止供電，避免出現(xiàn)意外。這些實(shí)用的新型產(chǎn)品多用于高壓電氣設(shè)備，其各個(gè)接口都是事先安裝好的，無法替換。雖然一定程度上會減少電阻的產(chǎn)生，但是由于長期的工作，很容易造成故障，導(dǎo)致設(shè)備自身的電阻加大，在運(yùn)行期間也會增加熱量。長期如此，容易易造成安全事故，危及人民的人身、財(cái)產(chǎn)的健康。針對這種情況，國內(nèi)部分公司紛紛將無線測溫技術(shù)應(yīng)用于電力生產(chǎn)中。隨著這項(xiàng)技術(shù)的普及，現(xiàn)在不僅是電力行業(yè)，而且還在具有溫升問題的其他行業(yè)中得到了廣泛的使用。
5、應(yīng)用場景
電氣接點(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。
6、系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
7、結(jié)語
由于傳感器、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓電氣的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)將會變得更為科學(xué)。隨著無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，我國的電力工業(yè)也更加穩(wěn)定和安全，其技術(shù)的進(jìn)步為我國的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。
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