电力设备温度在线监测技术解决方案探讨.doc

电力设备温度在线监测技术解决方案探讨福州科晟智能电器研究所 陈 津福 州 电 业 局 陈家毅摘 要：电力设备工作时，各部件正常发热不应超过其最高允许温度，才能保证安全运行。对电力设备运行状态进行温度在线监测能及时发现设备异常，并采取措施以避免事故的发生。在对温度在线监测几种方式分析基础上，提出电力设备温度在线监测技术关键，针对电力系统运行中超温事故多发的部分电力设备的薄弱环节和最热点部位进行温度在线监测，提出具体的技术解决方案供探讨。关键词：电力设备；过热；在线监测；解决方案中图分类号：TM835.4 文献标识码：B 文章编号：1004-9649(2005)S0-01110-030 引言电力设备过热的主要原因是过电流，单仅仅监视电流不能准确反映设备是否超温，因为温度是各种因素影响的综合反映。电力设备导电连接处、插接处的电接触状况不良是引起该处温度过高的重要原因，即使在正常电流下也会超过最高允许温度。据统计，电网中因母线接触不良导致的故障占全部故障的10%，因此连接处和插接处是在线监测的主要部位。原国家电力工业部颁布带电设备红外诊断技术应用导则主要应用热成象手段和红外诊断技术对6kV以上电力设备表面温度场进行检测和诊断，为检修提供依据。由于红外检测只能检测到设备表面温度，如果红外辐射受阻挡，就只能检测到热辐射的温度“投影”，而不能检测到内部缺陷部位的真实温度。红外检测属离线监测，不能反映温度的变化过程和及时发现设备异常。温度在线监测能及时发现设备内部发热缺陷，发挥其测温准，能预警、通信、直接判断、使用方便等优势。1 常用温度在线监测相关产品存在的不足1.1 干式变压器绕组温度在线监测用温控器温控器采用铂电阻作传感器，由于它无绝缘，进行耐压试验时必须将传感器与温控器分离，而实际运行中的过电压常损坏温控器；它的引线耐热不能满足干式变二次侧短路时，动热稳定350高温要求，传感器常烧坏。1. 2电力变压器油温在线监测的压力式带电阻式温度计该温度计采用铂电阻作传感器，由于其自身电阻值太小，受引线电阻影响较大。特别是引线中多个接线端子接头电阻在运行中因氧化、松动、检修等引起变化是无法进行温度补偿的。所以普遍存在显示油温值与实际油温偏差过大的通病，影响显示温度值的可信度，又没有多部位油温监测，急需替代产品。2 急需温度在线监测的电力设备及其部位2.1 中压开关设备中压开关设备除老设备外，多数是封闭式结构，还带防误闭锁。运行时不能打开遮挡红外辐射的门或盖板进行红外检测。设备内部导电的接头和插头在运行、动作过程会因电磨损、机械操作和短路电动力引起机械振动等原因使接触电阻增加，引起温度升高，加剧接触表面氧化，造成设备重大故障。开关设备最经常发生故障的是手车触头和进出线端电缆连接处。2.2 干式变压器中压绕组随着电力设备发展，出现110kV高电压干式电力变压器和铁路系统专用的干式变压器。其二次侧为610kV等级，还有一些二次侧电压高于660V的特殊干式变压器，对它们二次绕组温度监测还尚无可靠的在线监测产品。2.3 柱上变压器（公用变）低压出线端公用变受户外环境影响，二次侧多数无保护，常出现烧毁事故。据统计，主要原因是出线端过热引起的。电力变压器运行规程中第5.1.4条变压器日常巡视检查内容中规定，其引线接头、电缆、母线应无发热迹象。以往是通过人为目测、滴水、观察套管是否漏油等办法进行判断。由于巡查工作量大，容易被忽视，造成公用变突发事故。当变压器三相负载严重不平衡时，过大的中线电流经偏小的变压器中线出线端，如果出线端接触又不良，则容易因发热被烧断，导致大量家用电器损坏。因此急需对其进行温度在线监测。2.4 箱式变电站国内制造的箱式变是将相关设备组合在全封闭的箱体内，大多数未进行成套性设计、试验。因封闭、甚至多重封闭，结果影响设备散热。又由于设备降容幅度难以合理确定，均可能导致内部设备超温。国家电力公司在箱式变电站招标书中要求变压器、高低压电器所有设备的运行温度不超过其最高允许温度。这就需要对它们进行温度在线监测。目前箱式变一般仅对变压器油温进行检测并随其温度变化自动投切通风机。由于没有相应的产品配套，对变压器出线端、低压开关和高压开关进出线端的温度均没有按要求进行温度在线监测。2.5 电缆的接头和电缆终端与电器设备的连接处电缆的接头处多为现场制作，如果制作、安装不到位经运行容易发生电接触问题而超温。从表1中发现电缆长期允许温度比电器外部导体连接端的最高允许温度低1540。由于两者标准的差异，使得电缆经常承受电器高温的危害，所以电缆与电器连接处成为薄弱环节，需重点防患。尤其需要对高压开关柜的进出线端电缆连接处进行温度在线监测。表1 电缆长期允许温度和电缆头外表最高允许温升电缆类型内部长期允许温度表面最高允许温升 K带铠装不带铠装油性浸渍绝缘电缆6kV65202520 kV35 kV601520充油电缆758025302025交联聚乙稀电缆809030402535橡胶皮电缆6520254. 温度在线监测的两种方式现有温度在线监测方式主要有两种：红外辐射的非接触式和采用热敏器件的接触式测温。非接触式红外传感器由于受环境、湿度、大气压的影响较大，红外辐射受遮挡就无法准确测量，使用有很大局限性。而接触式的传感器直接与测温点相接触，受环境因素干扰小，可实现准确、快速温度检测。现有接触方案的不足：采用热电偶作传感器时，由于热电偶冷端不可能保持在0，在室温下测定要加冷端补偿。在实际测量中热端与冷端间距较远时，还需要采用补偿导线。采用光纤传感器，包括发射端、接收端、连接器和光纤。光纤传感器如何安装走线很成问题。光纤传输信号方案并不容易做到高低电位的完全隔离，当发射端安装高压端时，对地绝缘的问题也无法解决。采用电阻式传感器直接接触测量，在高电位用有线输送信号，简单运用空气间隙隔离高低电位，通过红外光电转换传输温度信号是一个不错的办法。但红外发射、接收管外露，长期使用会落灰尘、污秽，使得信号传输的可靠性逐渐变差，影响测量值也是一个很难解决的问题。另外还必须进行现场专业安装调试，使用的便利性上不理想。5. 温度在线监测装置的技术关键（1）在低压系统检测主要技术是解决温度传感器绝缘又导热问题。在高压系统检测必须有效解决高电压窜入低电压系统的问题。因为感温元件在高压端，检测处理的控制单元在低压系统。所以技术核心是实现高压端与低电压系统的电位可靠隔离。（2）温度传感器（包括其引线）必须满足高温测量的稳定性和耐热性要求。因为它除了承受异常超温外，还必须耐受短路大电流的动、热稳定电流冲击时所产生的短时高温而不被损坏。（3）测温无补偿才能达到测温准确的要求。6. JWD系列智能型温度保护装置该系列温度保护装置是根据电力设备温度在线监测的需求，利用三项国家专利技术研制而成。它克服现有相关产品存在的问题，已在众多电力领域推广应用。JWD1系列适用660V及以下供电系统；JWD2系列适用35 kV及以下高压系统。“热检测器”专利技术满足传感器耐高温，感温性能稳定、测温勿须补偿要求。它的绝缘性能好又导热，在低压系统可以直接接触带电体而勿须另行电压隔离，从而大大简化装置结构。“带光电变换绝缘子”和“带光电变换触头盒”专利技术实现高低电压、对地电压的可靠隔离和温度信号以红外光在封闭的专用气隙通道传送，又能作绝缘子、触头盒用。6.1产品特点（1）测量部位准。不受测量部位被金属或绝缘封闭、包裹或遮挡以及环境污秽的影响；（2）检测温度准确。可同时检测设备内、外部8个部位真实温度；（3）绝缘性能好，热检测器耐热温度高，可靠性好；（4）实现测温勿须进行补偿和调校，温度信号传送不失真；（5）具有循环数显实时温度、曾经达到的最高温度、超温报警、启停二组风机、跳闸和通信功能；（6）安装方式方便于新设备配置和在运设备改造，操作直观，使用就象“傻瓜机”一样简单方便。6.2主要技术参数表2设备额定电压工频耐压测量范围0250660V及以下5000V 1min温度误差212 kV45 kV 1min长期使用最高温度25040.5 kV95 kV 1min短时最高允许温度300以上6.3原理框图：（1）高压系统采用方案 （2）低压系统采用方案低压侧感应电源光电变换器跳闸温度设定报警温度设定风机温度设定C P U 信 号 处 理实时温度显示曾经达到最高温度显示记忆断电前最高温度显示跳闸输出接口报警输出接口风机输出接口通信输出接口高压侧热检测器光电转换单元多路开关跳闸温度设定热检测器报警温度设定风机温度设定信号变换单元C P U 信 号 处 理实时温度显示曾经达到最高温度显示记忆断电前最高温度显示跳闸输出接口报警输出接口风机输出接口通信输出接口 图1 图2 图1为高压供电系统用的原理框图。在高压侧，热检测器把温度信号输化为电信号，电信号经过光电变换器转化为光信号，光信号经过红外发射传递到低压侧。低压侧将光信号还原为电信号，然后送入CPU进行处理并发出显示、执行和通信功能。图2为低压供电系统用的原理框图。热检测器把温度信号转化为电信号直接送入CPU进行处理并发出显示、执行和通信等功能。7. 应用JWD系列温度保护装置的技术解决方案针对电力主要设备运行中超温事故多发的部分电力设备的薄弱环节和最热点部位的温度在线监测，提出如下具体的技术解决方案。（1） 高压中置式开关柜的手车触头采用“带光电变换触头盒”和控制单元组成的JWD2系列温度保护方案。该“带光电变换触头盒”是专门针对中置式开关柜手车触头温度在线监测设计的。它在保留原触头盒基本结构的基础上以加强绝缘的思路将相关的单元组合封闭在触头盒内，组成一个固定部件。既作触头盒又作为温度传感器。由于安装尺寸相同，便于新开关柜配置和在运设备改造。需要时更换触头盒和触头盒安装板也很方便。该方案由于红外发射管、接收管及其红外光气隙通道均被封闭，不受环境污秽影响，现场安装勿须特别调试。温度检测点是位于静触头上的固定嵌件上，能监测到静触头、母线、动触头、开关接线端的温度。控制单元可以安装在仪表室盘面上，便于察看、操控和接线。未改变手车上的结构，可靠性好。（2） 高压开关柜的进出线端、隔离开关触头、敝开式手车触头、高压干式变压器绕组、高压（发）电机绕组采用热检测器、感应电源、“带光电变换绝缘子”和控制单元组成的JWD2系列温度保护方案。该“带光电变换绝缘子”是可以根据上述设备所用绝缘子的尺寸专门制作的。它既作绝缘子又传输温度信号。该方案同样将红外发射管、接收管及其红外光通道封闭在绝缘子中。热检测器可深入到各被测部位，安装方便。控制单元同样装于盘面或壳体表面。（3） 电力变压器（主变）的油及油箱采用热检测器和控制单元组成的JWD1系列温度保护方案。该油温探头不受引线电阻及其多个接线端子电阻变化而影响到控制单元显示的温度值。因此勿须进行温度补偿和调校，测温准确。同时适用于多个部位油温和油箱温度的在线监测。油温探头可装于变压器水银温度计或压力式温度计管座上，便于新变压器配置和在运变压器改造用。（4） 柱上变压器（公用变）的低压三相出线端、中线出线端和油采用热检测器和控制单元组成的JWD1系列温度保护方案。该热检测器通过连接片搭接在出线端上直接检测。油温探头装于水银温度计管座上。由变压器a相和中线出线端提供控制单元工作电源。控制单元具有超温报警示灯和RS485通信接口。该接口可以与低压综合配电箱通信接口对接，利用低压综合配电箱的通信通道将温度信号传输到监控中心，实现监控。（5） 电缆的接头、电缆终端与电器的连接处高压电缆终端与电器的连接处采用热检测器、感应电源、“带光电变换绝缘子”和控制单元组成的JWD2系列温度保护方案。热检