开关柜热点测温解决方案

开关柜热点测温解决方案

一、概述

开关柜是发电和输变电系统的关键设备,它们的安全可靠性和使用寿命,对整个输变电系统的安全可靠运行和寿命是至关重要的。这些高压设备大多采用封闭结构,长期工作在高电压、大电流、强磁场的环境中,一些连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热使得热量聚集。发热温升增加了输电系统的损耗,如果散热不良还会危及设备的正常运行,甚至会造成故障,社会不良影响和经济损失不可估量。开关柜内部的很多物理和化学变化(如局部放电和局部过热等)都会引起开关柜的温度参数发生变化,使开关柜出现不同于正常运行的温升轨迹。温度对绝缘材料的老化起决定作用,因此准确地测量开关柜温度就显得尤为重要。随着安全用电、配电网自动化水平的不断提高,除对电参数进行监测外,直接监测变压器/开关柜/互感器/大电机等高压电气设备的热点温度,对于提高设备的安全运行、 延长设备绝缘寿命、即时判断设备的实际负荷能力,最大程度发挥开关柜的输变电潜能以提高设备的经济效益等,具有非常重要的意义。

二、 目前开关柜几种主要测温方式的对比

2.1红外测温

红外测温仪适合人工巡查测温,因为使用比较灵活,现在已经成为高压电力设备温度检测的一个重要手段。红外测温仪的缺点是体积较大,成本高,精度一般(与距离有关),特别是它无法实现在线实时监测。另外红外线无法绕射透过遮挡物、准确测量关键接点处温度,限制了它在一些场合的应用。红外测温为非接触式测温,易受环境及周围的电磁场干扰,另外开关柜内的空间非常狭小,无法安装红外测温探头(因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离,并需要正对被测物体的表面),并且其测温精度容易受环境影响,如光线强度、雾气都会对其测量精度造成一定的影响,所以其使用范围受到极大制约。

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2.2无线测温

现有的无线测温方案,采用电池或者CT取能给测温芯片供电,再将测温芯片得到的信号通过无线芯片无线发出。这种方案虽然实现了温度信号的无线传输,但是由于该方案属于有源方案,传感头需要电池供电或者CT取能供电。电池供电存在需要定时更换电池,而且电池在夏季抗高温能力较差,给电力部门的运营带来影响;CT取能则存在若接头电流较小,电能无法取出,传感头停止工作,若接头电流较大,则容易烧坏CT直至烧坏传感器。且采用CT取能,传感头体积较大,而且布放的位置对取能效率影响较大,缺乏普遍适应性。CT制作的最佳参数?需控制好磁饱和曲线,参数选择不当时,会损坏传感器部分的电路,影响可靠性。

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2.3光纤测温

随着光纤技术的发展,国内外高压测量研究已经利用光纤技术进行在线测量电力系统中的电量参数。由于光纤传输系统绝缘强度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、体积小和结构简单,特别适合于高电压测量。光纤式温度测温仪采用光纤传递信号,其温度传感头安装在带电物体的表面,测温仪与温度传感器间用光纤连接。光纤测温有分为分布式光纤测温,光纤光栅和荧光光纤测温等多种方式,其中荧光光纤测温方式优势最为明显,其寿命长,无需标定,探头尺寸小易于安装,美国荧光光纤测量电器设备温度的应用已经超过20年,其中不乏在500KV变压器绕组这样要求极高的环境中使用的产品,事实证明安全可靠。
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三、和其光电荧光光纤在线监测系统

荧光光纤在线监测系统是西安和其光电科技股份有限公司针对变电站电力设备,如开关柜、电缆接头、变压器等高压电力设备因绝缘老化或接触不良所引发故障和火灾的早期预测而设计的温度监测系统,因为光纤具有电绝缘、本征安全、不受电磁干扰等特性,光纤传感器的探头可以直接安装在被测点上,通过监测被测点的实时温度来预测可能发生的故障,防止电气火灾的发生。

此系统由 HQ-12开关柜“热点”荧光光纤测温系统、数据集中单元、上位监控机和人机交互软件等部分组成。

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3.1  和其光电开关柜“热点”荧光光纤测温系统

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和其光电开关柜“热点”荧光光纤测系统是专为油浸式变压器、干式变压器、开关柜、刀闸开关等“热点”温度监测而设计。由 HQ-12光纤测温仪、SwLight光纤传感器等部分组成:

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3.1  HQ-12光纤测温仪

SwLight光纤测温仪实时接收光纤传感器送来的携带有温度信息的光信号,并把其解调为温度数值,实现对被监测部位的温度测量。当实际测量值大于报警设定值时发出报警信号。它们具有温度显示、报警设置、声光报警和故障诊断等功能,它们既可单机独立工作,也可多台组网使用,适用于各种规模的应用需求。

主要技术指标

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3.2 测温原理

荧光测温的基本原理是:某些稀土物质在受到外界光刺激后会发光,即使这种外界的激励停止后,还会自主持续一段时间的发光,而这个持续时间是和温度相关的,通过测量荧光余晖的时间从而反演出温度。

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基于荧光机理的测温系统功能框图如上图所示,具体步骤如下:

1、光源发出一束光脉冲,通过耦合器调制后射入光纤传感器中;

2、光纤传感器反射回一束特定波长的光信号,该信号携带有被测点的温度因子;

3、信号处理电路对该光信号进行分析、计算后得出被测点的实际温度。

3.3  SwLight光纤传感器

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     此光纤使用LumaProbe SP系列光纤传感器进行配套,探头尺寸极小,可直接安装在被测点上,测温准确,响应迅速;其尾纤选用柔软、坚固的特制光纤,它具有传输带宽高、信号稳定、抗电磁干扰、抗挠曲、抗冲击强度高和连接快捷等优点;

尾纤护套的材质是聚四氟乙烯,它具有耐高温、耐老化、耐腐蚀、高绝缘、不粘附等特性,可适应高压、高温、强电磁等恶劣的使用环境。

主要性能指标

测温范围:-40~150℃

尺寸:直径2.3mm

尾纤长度:1-20M

光纤接头:ST光纤接头

产品优势

同传统的电传感器相比,光纤传感器具有以下优势:

可以实现多路多点的温度监测,适合大规模温度点的监测;

测量精度和分辨率高;

传感量检测及传输均为光信号,不受电磁干扰及核辐射的影响;

环境适应性好,可长期用于高温、高湿及存在化学侵蚀等的恶劣环境;

重量轻,体积小,安装使用方便;

四、后台软件系统

4.1概述

若项目需要,我司产品可具有单独后台软件显示,软件系统的主要功能包含实时温度的本地监控、实时数据的远程监控、高/低温报警、高/低温预警、历史数据回放、报警前后曲线、温度导出至Excel等功能。

4.2系统构架图

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4.3 监测数据软件系统

4.3.1 数据采集软件

4.3.1.1线路自检及故障定位

具有自检功能,自动检测测温点的异常,显示错误,方便系统调试、维护和错误定位。

4.3.1.2测温点温度显示

Ø  显示电力设备测温点的实时温度值。

Ø  显示电力设备测温点的温升。

Ø  显示电力设备测温点的温升速率(相邻两次采集的温度差值/相隔的时间)。

Ø  高/低温报警功能。

Ø  高/低温预警功能。

测温点温度显示示意图:

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4.3.1.3温度曲线图

Ø  温度变化曲线图显示功能。

温度变化曲线图:

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4.3.1.4温度预警和报警

Ø  高温报警功能。

Ø  低温报警功能。

Ø  高温预警功能。

Ø  低温预警功能。

Ø  温升速率过高报警功能。

Ø  温升速率过低报警功能。

Ø  文字报警功能。

Ø  声光报警功能。

4.3.1.5数据库存盘

Ø 数据存盘

根据用户设置的存盘时间间隔,存储采集的温度数据。

Ø 自动备份

根据用户设置的最大数据量,自动备份数据库的功能。

4.3.1.6网络传输功能

Ø 温度上传

根据用户设置的服务器参数和上传网络的时间间隔,上传采集的温度数据。

4.3.1.7历史温度

Ø 列表显示历史数据

根据用户选择的时间段列表加载历史温度数据。

Ø 历史温度数据的曲线图回放功能。

历史温度数据导出Excel表的功能。历史温度界面图如下图

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4.3.1.8历史报警温度

Ø 列表显示历史报警温度

根据用户选择的时间段列表加载历史报警温度数据。

Ø 报警前后

选择一条报警数据,设置报警前后的时间段,回放这段时间的温度变化。

Ø 报警温度导出至Excel表的功能。

历史报警温度界面图如下图:

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4.3.2 服务器软件

4.3.2.1 网络传输功能

Ø 网络接收和处理数据

接收客户端传输的数据或者指令,并做分析和处理。

4.3.2.2 日志打印功能

Ø 日志打印

对服务器的每一个动作,都写入日志,以便出现问题能迅速的定位问题。

4.3.2.3 数据库存盘功能

Ø 温度数据存盘

根据用户设置的时间段,对上传的温度数据做存盘处理。