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開關柜熱點測溫解決方案

開關柜熱點測溫解決方案

一、概述

開關柜是發電和輸變電系統的關鍵設備,它們的安全可靠性和使用壽命,對整個輸變電系統的安全可靠運行和壽命是至關重要的。這些高壓設備大多采用封閉結構,長期工作在高電壓、大電流、強磁場的環境中,一些連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發熱使得熱量聚集。發熱溫升增加了輸電系統的損耗,如果散熱不良還會危及設備的正常運行,甚至會造成故障,社會不良影響和經濟損失不可估量。開關柜內部的很多物理和化學變化(如局部放電和局部過熱等)都會引起開關柜的溫度參數發生變化,使開關柜出現不同于正常運行的溫升軌跡。溫度對絕緣材料的老化起決定作用,因此準確地測量開關柜溫度就顯得尤為重要。隨著安全用電、配電網自動化水平的不斷提高,除對電參數進行監測外,直接監測變壓器/開關柜/互感器/大電機等高壓電氣設備的熱點溫度,對于提高設備的安全運行、 延長設備絕緣壽命、即時判斷設備的實際負荷能力,最大程度發揮開關柜的輸變電潛能以提高設備的經濟效益等,具有非常重要的意義。

二、 目前開關柜幾種主要測溫方式的對比

2.1紅外測溫

紅外測溫儀適合人工巡查測溫,因為使用比較靈活,現在已經成為高壓電力設備溫度檢測的一個重要手段。紅外測溫儀的缺點是體積較大,成本高,精度一般(與距離有關),特別是它無法實現在線實時監測。另外紅外線無法繞射透過遮擋物、準確測量關鍵接點處溫度,限制了它在一些場合的應用。紅外測溫為非接觸式測溫,易受環境及周圍的電磁場干擾,另外開關柜內的空間非常狹小,無法安裝紅外測溫探頭(因為探頭必須與被測物體保持一定的安全距離,并需要正對被測物體的表面),并且其測溫精度容易受環境影響,如光線強度、霧氣都會對其測量精度造成一定的影響,所以其使用范圍受到極大制約。

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2.2無線測溫

現有的無線測溫方案,采用電池或者CT取能給測溫芯片供電,再將測溫芯片得到的信號通過無線芯片無線發出。這種方案雖然實現了溫度信號的無線傳輸,但是由于該方案屬于有源方案,傳感頭需要電池供電或者CT取能供電。電池供電存在需要定時更換電池,而且電池在夏季抗高溫能力較差,給電力部門的運營帶來影響;CT取能則存在若接頭電流較小,電能無法取出,傳感頭停止工作,若接頭電流較大,則容易燒壞CT直至燒壞傳感器。且采用CT取能,傳感頭體積較大,而且布放的位置對取能效率影響較大,缺乏普遍適應性。CT制作的最佳參數?需控制好磁飽和曲線,參數選擇不當時,會損壞傳感器部分的電路,影響可靠性。

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2.3光纖測溫

隨著光纖技術的發展,國內外高壓測量研究已經利用光纖技術進行在線測量電力系統中的電量參數。由于光纖傳輸系統絕緣強度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、體積小和結構簡單,特別適合于高電壓測量。光纖式溫度測溫儀采用光纖傳遞信號,其溫度傳感頭安裝在帶電物體的表面,測溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖測溫有分為分布式光纖測溫,光纖光柵和熒光光纖測溫等多種方式,其中熒光光纖測溫方式優勢最為明顯,其壽命長,無需標定,探頭尺寸小易于安裝,美國熒光光纖測量電器設備溫度的應用已經超過20年,其中不乏在500KV變壓器繞組這樣要求極高的環境中使用的產品,事實證明安全可靠。

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三、和其光電熒光光纖在線監測系統

熒光光纖在線監測系統是西安和其光電科技股份有限公司針對變電站電力設備,如開關柜、電纜接頭、變壓器等高壓電力設備因絕緣老化或接觸不良所引發故障和火災的早期預測而設計的溫度監測系統,因為光纖具有電絕緣、本征安全、不受電磁干擾等特性,光纖傳感器的探頭可以直接安裝在被測點上,通過監測被測點的實時溫度來預測可能發生的故障,防止電氣火災的發生。

此系統由 HQ-12開關柜“熱點”熒光光纖測溫系統、數據集中單元、上位監控機和人機交互軟件等部分組成。

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3.1  和其光電開關柜“熱點”熒光光纖測溫系統

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和其光電開關柜“熱點”熒光光纖測系統是專為油浸式變壓器、干式變壓器、開關柜、刀閘開關等“熱點”溫度監測而設計。由 HQ-12光纖測溫儀、SwLight光纖傳感器等部分組成:

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3.1  HQ-12光纖測溫儀

SwLight光纖測溫儀實時接收光纖傳感器送來的攜帶有溫度信息的光信號,并把其解調為溫度數值,實現對被監測部位的溫度測量。當實際測量值大于報警設定值時發出報警信號。它們具有溫度顯示、報警設置、聲光報警和故障診斷等功能,它們既可單機獨立工作,也可多臺組網使用,適用于各種規模的應用需求。

主要技術指標

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3.2 測溫原理

熒光測溫的基本原理是:某些稀土物質在受到外界光刺激后會發光,即使這種外界的激勵停止后,還會自主持續一段時間的發光,而這個持續時間是和溫度相關的,通過測量熒光余暉的時間從而反演出溫度。

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基于熒光機理的測溫系統功能框圖如上圖所示,具體步驟如下:

1、光源發出一束光脈沖,通過耦合器調制后射入光纖傳感器中;

2、光纖傳感器反射回一束特定波長的光信號,該信號攜帶有被測點的溫度因子;

3、信號處理電路對該光信號進行分析、計算后得出被測點的實際溫度。

3.3  SwLight光纖傳感器

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     此光纖使用LumaProbe SP系列光纖傳感器進行配套,探頭尺寸極小,可直接安裝在被測點上,測溫準確,響應迅速;其尾纖選用柔軟、堅固的特制光纖,它具有傳輸帶寬高、信號穩定、抗電磁干擾、抗撓曲、抗沖擊強度高和連接快捷等優點;

尾纖護套的材質是聚四氟乙烯,它具有耐高溫、耐老化、耐腐蝕、高絕緣、不粘附等特性,可適應高壓、高溫、強電磁等惡劣的使用環境。

主要性能指標

測溫范圍:-40~150℃

尺寸:直徑2.3mm

尾纖長度:1-20M

光纖接頭:ST光纖接頭

產品優勢

同傳統的電傳感器相比,光纖傳感器具有以下優勢:

可以實現多路多點的溫度監測,適合大規模溫度點的監測;

測量精度和分辨率高;

傳感量檢測及傳輸均為光信號,不受電磁干擾及核輻射的影響;

環境適應性好,可長期用于高溫、高濕及存在化學侵蝕等的惡劣環境;

重量輕,體積小,安裝使用方便;

四、后臺軟件系統

4.1概述

若項目需要,我司產品可具有單獨后臺軟件顯示,軟件系統的主要功能包含實時溫度的本地監控、實時數據的遠程監控、高/低溫報警、高/低溫預警、歷史數據回放、報警前后曲線、溫度導出至Excel等功能。

4.2系統構架圖

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4.3 監測數據軟件系統

4.3.1 數據采集軟件

4.3.1.1線路自檢及故障定位

具有自檢功能,自動檢測測溫點的異常,顯示錯誤,方便系統調試、維護和錯誤定位。

4.3.1.2測溫點溫度顯示

 顯示電力設備測溫點的實時溫度值。

 顯示電力設備測溫點的溫升。

 顯示電力設備測溫點的溫升速率(相鄰兩次采集的溫度差值/相隔的時間)。

 高/低溫報警功能。

 高/低溫預警功能。

測溫點溫度顯示示意圖:

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4.3.1.3溫度曲線圖

 溫度變化曲線圖顯示功能。

溫度變化曲線圖:

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4.3.1.4溫度預警和報警

 高溫報警功能。

 低溫報警功能。

 高溫預警功能。

 低溫預警功能。

 溫升速率過高報警功能。

 溫升速率過低報警功能。

 文字報警功能。

 聲光報警功能。

4.3.1.5數據庫存盤

數據存盤

根據用戶設置的存盤時間間隔,存儲采集的溫度數據。

自動備份

根據用戶設置的最大數據量,自動備份數據庫的功能。

4.3.1.6網絡傳輸功能

溫度上傳

根據用戶設置的服務器參數和上傳網絡的時間間隔,上傳采集的溫度數據。

4.3.1.7歷史溫度

列表顯示歷史數據

根據用戶選擇的時間段列表加載歷史溫度數據。

歷史溫度數據的曲線圖回放功能。

歷史溫度數據導出Excel表的功能。歷史溫度界面圖如下圖

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4.3.1.8歷史報警溫度

列表顯示歷史報警溫度

根據用戶選擇的時間段列表加載歷史報警溫度數據。

報警前后

選擇一條報警數據,設置報警前后的時間段,回放這段時間的溫度變化。

報警溫度導出至Excel表的功能。

歷史報警溫度界面圖如下圖:

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4.3.2 服務器軟件

4.3.2.1 網絡傳輸功能

網絡接收和處理數據

接收客戶端傳輸的數據或者指令,并做分析和處理。

4.3.2.2 日志打印功能

日志打印

對服務器的每一個動作,都寫入日志,以便出現問題能迅速的定位問題。

4.3.2.3 數據庫存盤功能

溫度數據存盤

根據用戶設置的時間段,對上傳的溫度數據做存盤處理。


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