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    电力系统测温方案简介


    1  背景 
            随着我国经济的快速发展,电力供应量日益增加,现代电力向着高电压、大容量迅速发展,电力系统的安全和效率运营关系到整个国民经济的发展和人民生活的稳定。对于电网的安全运营,及电力系统资源的最优化利用方案实施,最有效的方法是对电力设备进行监测,温度则是需要监测的最重要数据之一。电力设备温升主要是由流过电缆的电流引起的。当电力设备中有节点发生短路或者绝缘老化时,表现出来的就是该处局部发热,温度异常升高,继而使触电膨胀氧化使节点电阻增大,发热量进一步上升,温度继续升高,形成一个恶性循环。因此,通过对电力设备温度的监测,即可知晓电力系统运营的负荷情况。及时发现设备隐患,并在第一时间处理隐患,保证电力系统安全运营的情况下,提高电力电网输送电力的效率。

    2  电力系统测温特点
           高压电力设备由于其环境的特殊性,对其中节点的测温有如下难点: 
    (1)监测点数众多。在一个典型的 220kV 变电站,初步统计各种电缆接头多达数千个。 
    (2)监测点的位置千差万别。有的在室内、有的在室外;有的在控制柜内、有的裸露在高空。 
    (3)要求传感器与外界彻底隔离。布线会带来新的安全隐患,传感器供电问题难以解决。 
    (4)电磁干扰强。电压高达数万乃至几十万伏,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。 
    (5)工作环境温度高。要求传感器能在 85℃以上高温条件下工作。 

    3  电力系统常见测温方式
    (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主要手段。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。 
    (2)光纤测温
            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。光纤具有易折,易断的特性,安装比较复杂,设备造价较高,特别是积累灰尘后易使绝缘性降低,出现“爬电”现象,可能造成意外事故。
    (3)无线有源测温

           现有的无线测温方案,采用电池或者小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小CT取能供电。电池供电存在需要定时更换电池,而且电池在环境耐受性较差,低温条件下无电流输出很小,高温条件下电流输出不稳定;小CT取能也存在局限性,若接头电流较小,电能无法取出,则传感头停止工作,若接头电流较大,则容易烧坏小CT直至烧坏传感头。所谓小CT就是一个小变压器,它可以通过感应高压母线上的交变电流取得电能。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。


    4  基于声表面波技术的无源无线测温
            无源无线温度监控装置由SAW测温传感头、信号读写器构成。前端的传感头的核心是声表面波测温芯片,工作时无需供电且构造简单,可以方便安装在高压带电体被测点上,准确的跟踪发热点的温度变化。SAW测温传感头与信号读写器之间通过高频电磁波交互,纯绝缘系统,安全性高。每个信号读写装置可对应多个探测点,即插即用,便于扩展规模和系统升级。

    信号读写器将温度信号处理成数字信号通过光纤传输至后台监控系统,可实现长距离无中继传输;后台监控器采用时分复用或频分复用等方式同时控制1~100 个信号读写器,而每个信号读写器可同时对应多个SAW测温传感头,因此,整个系统可同时在线监测几百、上千个电体被测点的温度。以开关柜内的节点为例,测温系统如图1所示。


    图1 无源无线监测系统

    注:SAW测温传感头,即声表面波测温传感头


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