风电场高压开关柜无线测温应用：及时预警触头超温避免重大故障

摘 要作为保证系统安全运行的重要设备的高压开关柜装置,其内部导电连接处过热会导致电气设备的损坏,更严重的是可能还会发生火灾等严重事故。因此,电力系统中电器设备安全运行的一个重要课题就是对高压开关柜实施在线监测。本文主要研究的是针对高压开关柜接点的无线测温技术,阐述了高压开关柜在无线测温的技术特点及工作原理具有测量数据准确、可靠性高、绝缘性能好的特点,能很好的适应现场需求,可以在高压开关柜中广泛应用。同时介绍了在某风电场项目应用操控及无线测温技术并实现及时告警避免了严重事故的发生。关键词高压开关柜电气接点无线测温1 概述我国电力系统的大规模发展增加了高压开关柜的运行压力随着电网的改革与建设高压开关柜的数量越来越多增加了故障的发生机率。高压开关柜内存在的电气连接点主要包括母线铜排连接点手车动静触头连接点以及铜排和电缆连接点在这些点位需安装温度传感器进行温度测量。温度测量技术的选用传统的测温方法包括通过热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温温度传感器与测温仪之间采用金属导线传输温度信号。电气设备测温检测由于温度传感器直接安装于高压接点/触点上其信号传输金属导线的绝缘性能无法保证。 同时对于改造类项目实施难度较大因此推荐采用无线测温方法进行检测。目前无线测温方法包括电磁感应供电无线测温、电池供电无线测温方式及红外在线测温方式。红外测温需要镜头对准发热点尘土震动对其影响较大有源无源测温较合适无需布线易于安装但有源测温需要外供电池受电池寿命影响需要更换电磁感应供电无线测温具有测温速度快、周期短、免维护、使用寿命长、故障率低等特点。无线传输技术选用无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式其中应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信方式包括Sub-1G技术、蓝牙技术(Bluetooth)、工业无线技术( WiFi)、超宽带技术(UWB)、近场通信技术 (NFC)。蓝牙技术(Bluetooth)属于一种超短距离的无线传输技术传输距离10m范围以内至高传输速率约1 Mb / s其有效速率约为 723 kb / s超宽带技术 (UWB)传输速率一般结余 53 ~ 480 Mb / s 传输距离小于40 m近场通信技术(NFC)适用于近距离贴近操作。Sub-1G技术的主要特征包括传输速率较低;通信距离较长设备功耗很低发射输出仅为10dBm通信组网简洁。这些主要特征使Sub-1G 通信技术传输数据稳定可靠。2 产品方案某风电场项目的对传感器要求如下1非电池供电采用感应取电方式供电的无线温度传感器2无线频率470MHz3启动电流≥5A4测温范围-50 ℃125 ℃5采样频率15s6发射频率15s7精 度±1℃8工作温度-40 ℃85 ℃9至大工作电流一次额定电流 5000 A10温升要求在额定工作条件下装置不应达到可能影响开关柜一次设备绝缘及被测点正常工作的温度装置的电流互感器线圈通过1250 A30 min环境温度为20 ℃时无线温度传感器表面温升不应超过10 K。11传输距离空旷距离不大于150米。该项目的对智能操控及无线测温一体装置要求如下1一次动态模拟图断路器分合位置动态显示接地开关位置动态显示弹簧储能动态显示2两路温湿度控制器功能通讯线长4米6米液晶显示3语音防误提示功能人体红外感应探头4加热器断线报警5柜内照明操作6除PT柜外分合闸、储能、远方/就地开关7高压带电显示和闭锁装置8RS485通讯功能Modbus 通讯协议9装置工作电源应满足交直流通用支持AC/DC110、AC/DC220V自适应10高压断路器触头6点测温根据上述要求故此选择安科瑞的无线测温产品如下表。名称外形参数说明安装方式ASD320面框237.5*177.5*15.3mm深度67mm开孔220*165mmAC85-265V或DC100-300V供电一路上行RS485接口Modbus协议。面板开孔嵌入式安装ATE40025.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)CT感应取电启动电流≥5A470MHz空旷距离150米。合金片固定、取电3 项目现场应用某风电场项目对高压柜开关柜进行综合监控并对断路器的触头进行温度实时监测。在监测过程中一台高压柜断路器的下触头的C相电流温度高达116.8℃智能操控装置及时进行了语音告警并对该超温告警进行事件记录。同时工作人员断开高压柜断路器推出动触头后发现该相触头有损坏事故原因为断路器触头接触不良。由于安科瑞的操控测温装置的及时告警帮助现场及时排查问题避免了事故发生。装置告警界面图现场断路器事故图片4 开关柜温升原因分析目前电力系统内部使用的开关柜都要通过型式试验对入网的开关柜进行处理在温升方面要求比较严格。根据相关理论进行分析可知在实际运行过程中通常情况下负荷不会达到开关柜的设计满容量更不会引发开关柜的温升问题。但是实际情况并非如此。根据实际运行经验可知随着负荷的不断增加使得开关柜的温升迅速增加。当负荷超过开关额定电流的75%时在这种情况下温升尤为明显此时早已不符合标准要求。当负荷比较低时温升现象不明显。在实际运行中与试验室测出的温升数据相比开关柜实际温升水平普遍比较高并且多数情况下当温升超标时开关柜甚至远没有达到设计满容量。对于高压开关柜来说开关触头、母排连接点的实际温升通常情况下总是高于试验数据其原因主要表现为1. 在试验室完成型式试验测得相应的数据在持续时间方面虽然达到了稳定温升所需要的试验时间但现场环境复杂加上试验过程中不具备温升累积效应不能等同现场长期运行并持续发热的设备。2. 不同金属在膨胀效应方面存在差异。钢制螺栓的金属膨胀系要比铜质、铝质母线的金属膨胀系数小得多对于螺栓型设备接头来说表现得尤为突出在实际运行过程中随着负荷电流、温度的变化在膨胀、收缩程度方面由于铝、铜与铁之间存在一定的差异性在一定程度上造成蠕变也就是受应力作用的影响和制约导致金属缓慢发生塑性变形。实践证明当接头处的运行温度超过80℃时因过热使得接头金属发生膨胀同时受各种因素的影响进一步产生微小的空隙早成氧化腐蚀。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时由于接触面氧化膜的覆盖造成接触电阻变大每次温度变化的循环都会使接头的工作状况进一步变坏因而形成恶性循环。3. 连接部位紧固螺栓压力不合理。对于导体连接在部分安装、检修人员意识中在拧紧连接螺栓的过程中认为螺栓拧得越紧越好实际并非如此。由于铝质母线的弹性系数较小当螺母压力达到临界值时如果材料强度比较差当继续增加压力时将会导致接触面变形隆起使得接触面积进一步减少使接触电阻变大进而影响导体的接触效果。4. 由于导体原材料纯度不够造成导体材料电导率不满足要求。5. 其它因素例如在加工、连接、安装母线过程中对母线接触表面处理不到位、不够平整进而减少有效接触面积使接触电阻变大而产生发热。以上的情况都会造成高压开关柜的温升异常所以加强对运行开关设备温升的监视发现问题及时采取措施就变得非常必要。5 结束语近几年随着人们对供电质量要求逐渐提高高压开关柜作为配电系统中的重要环节其本身的安全性、经济性也受到了人们的重视。本文介绍的安科瑞无线测温产品针对高压开关柜内重要电气节点的温度进行监测防止在运行过程中因设备受环境污染设备长期运行严重超载运行触点氧化接触不良等原因造成接点接触电阻过大而发热成为隐患提升设备安全保障。安科瑞智能操控区别于由几个独立的电子装置分别实现带来的集成度低配线复杂可靠性差的缺点实现大大提高开关柜操控的集成度和智能化程度对温度进行在线监测通过温升、突变、高温和超温等告警机制及时、持续、准确反映设备运行状态避免安全事故的发生降低设备事故率。