智能变电站电气设备触点在线测温系统

 

 

一、意义

     温度是检测电力设备运行状态的一项非常重要的指标。在电力系统，从发电厂到送变电设备及到最终终端用户电器的整个传输过程中，都有大量的可变温度需要监测、预警。在送变电系统中，高电压、大电流供电设备随处可见，这些设备在母线承载电流过大或开关接触电阻过大时，极易引起温升过高，如不得到及时解决将使绝缘部件性能降低，甚至导致击穿，造成恶性事故，从而造成重大经济损失。

    通常发热对电力设备的影响包括：(1)对绝缘材料的影响。绝缘材料在温度和电场的作用下将逐渐老化；(2)对导体接触面的影响。发热超过一定的温度值后，弹簧接触部分的弹性将会减退，压力将会降低；(3)对机械强度的影响。金属材料当温度超过一定值后由于退化效应，其机械强度也将显著下降。及时测量电力设备局部温度，为采取有效措施提供准确信息，将是电力系统安全运行的重要保障。

     然而，在6 kV、10 kV、110 kV、220 kV、500 kV极高电位环境下，要测量电力设备的局部温度并将数据实时传出并非易事。这是因为，电力设备需要监测温度的具体位置包括：导电母排接头、高压开关柜触头、刀闸开关、干式变压器、箱式变电站等设备的表面，这些测温位置的特点是：
    监测点多：初步统计一个220 kV变电站的各种电缆接头达数千个。
    位置差别大：有的在室内、有的在室外、有的在控制柜内、有的裸露在高空。监测点的电压高达几十万伏，电流几十安培甚至上百安培，设备周围分布着极强的电磁场干扰。

二、现状简述
    目前，专门用于测量高压母线接头和高压开关触点温度的方法主要有两种：一种是在母线接头和开关触点的表面涂一层随温度变化而改变颜色的材料（如感温腊），通过观察其颜色变化来大致确定温度范围。利用这种方法监控和巡视变电站主要通过人工方式，对设备进行感官的简单定性判断。这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量和实时测量，方法原始并对员工的要求高；另外一种是采用热电偶或数字温度传感器附着在触点上测量温度，信号传输至主控中心。这种方式弥补了感温腊的不足，但是安装过程繁琐复杂，需要在设备停运时才能实施。

三、红外阵列技术的特点

    红外测温因具有快捷、方便、灵敏度高、非接触性远距离测量、无需使被测设备停运或解体等优点，因此在电力系统故障诊断中可得到广泛的应用，为设备检修提供了依据，使缺陷处理更具针对性。为开展设备状态维修创造了条件，有效地预防了一些事故的发生，大大提高了设备运行的可靠性。红外测温技术对保证电力安全生产和提高供电可靠性方面具有显著的效果，同时，其经济效益十分可观。

    本系统实时、在线的非接触方式对电力设备进行监测。无需在设备停运状态下安装，不易受恶劣天气的影响。由于它接收的是物体自身发生的热辐射, 因此工作波长可达到中、远红外区( 主要是3～5微米和8～14微米),因此具有如下特点：
    温度高于绝对零度的物体都能辐射红外能量, 因此热像仪可以日夜工作；
    由于红外辐射( 特别是8～14微米) 比可见光穿透烟雾、雨的能力强, 因此热像仪有准全天候工作能力；
    抗干扰能力强、受闪光影响小、不易暴露、探测距离远；
    红外定位系统，确保探测系统探测目标的准确性。

四、总体技术方案
    本系统将红外成像技术和无线网络传输技术相结合，以监测室PC 机为操作平台，对大型电力设备工作状态进行在线检测和异常温度报警，实现电力设备的故障实时、在线诊断。红外监测系统结构由以下五部分组成：红外探测系统、信号处理系统、监视与控制系统、监控中心声音报警系统，以及无线网络传输系统，如图4.1所示。其工作流程为监测目标辐射出的红外能量被红外探测系统探测，红外光信号转变为电信号。此信号送达监控中心，经过信号处理系统，监测目标的定量化的温度分布实时显示在监视器上。对于温度异常情况，监控中心进行声音报警。同时，对于无人值守的变电站，通过无线传输系统由监控中心将报警信号以短信形式发送至工作人员手机上。另一方面，监视与控制中心可对红外探测系统的探测方式进行控制，如工作人员可通过控制系统控制红外监测系统，对重点区域进行选择性监测。

 

红外探测系统
红外测温技术是一种将光信号转变成电信号再转变成人眼可见的光信号的技术。红外探测系统是本温度监测系统的核心部件，其性能的高低决定了系统的探测结果。根据选择的探测器种类的不同，红外探测系统分为焦平面阵列监测装置、线列旋转扫描监测装置，以及单点定位监测器三种类型。
 

 

信号处理系统
    由红外探测系统探测到的电力设备表面热像，这种热像图与物体表面的热分布场相对应。信号将送达监控中心，在监控中心内经过信号处理电路转化并显示在监视器上。

监视与控制系统
    经过信号处理电路处理过的电力设备热像信号可在监测器上以温度信号形式显示出来。对于电力设备某些关键区域，可采用控制系统控制红外探测系统的监测方式，如在监控室中采用控制系统控制线列旋转扫描监测装置的步进电机，因此改变装置的扫描方式，可进行360度内任意角度的扫描。

监控中心声音报警系统
    对于监视设备上显示的异常温度，需要进行报警提醒变电站内工作人员，因此在监控中心需要安装声音报警系统，如采用小喇叭等发生装置。

无线网络传输系统
    温度监测系统中的无线网络传输系统有两个功能：一方面，由红外探测系统获取的信号需要通过无线网络传输到监控中心，另一方面，对于无人值守的变电站，当电力设备温度出现异常情况时，必须采取措施以避免重大事故发生，因此，可通过无线网络发送短信通知工作人员。
    无线网络传输系统结构如图4.4所示，系统由ZigBee无线传输系统和GPRS移动通信系统两部分构成。变电站中各温度监测仪所监测到的温度数据首先通过ZigBee无线通信技术发送到变电站温度监测中心进行显示。当有温度超标时，变电站温度监测中心将产生的报警信号以短信的形式通过GPRS移动通信网络发送到值班人员手机上。