开关柜异常温升光纤测温系统

开关柜测温系统

在开关柜的运行过程中,故障发生前都会有明显的异常温升特点,如果发现不及时,就会造成严重的事故,因此温度是开关柜运行中需要重点监测的一个重要参数。福州华光天锐采用开关柜荧光光纤温度在线监测系统,将荧光光纤温度传感器安装在高压设备的被测点上,由温度监测装置向荧光光纤温度传感器发射询问指令脉冲并接收测量点温度数据 (同时具备超温报警功能),再通过 RS485 串行通信口与监控计算机相连,可实现对开关柜各连接点温度的实时监测,使开关柜维护人员能够及时发现设备缺陷并采取有效措施。采用光纤测温系统对保障设备安全运行、提高开关柜温度标准可靠性具有重要的意义。

由于10kv配电线路的供电距离长、设备元件多、用电负荷大,且大多连续运行,这决定了对线路进行供电的变电所的电气设备在运行中具有负荷重、电流高等特点。在这样的条件下,当变电设备发生连接部位螺丝松动、各部分元件接触不良等情况时,由于大电流持续通过设备温度会升高,使电气设备材料性能变差,如果不能及时发现并进行维修,就会因设备过热焊点熔化造成严重的事故。也就是说,高压设备在故障发生的同时会有温度明显升高的特征,因此,在高压设备的运行过程中对其温度参数的监测是非常重要的。

全封闭电气设备的异常温升

近年来,油田变电所逐步推广全封闭电气设备,即将高压断路器、隔离开关、互感器等高压元件进行组合,装入金属封闭柜内,如 GIS 组合电器和 KYN 系列铠装高压开关柜等。在全封闭电气设备运行时,如柜体内部设备出现局部放电,会引起导体连接处异常温升,由于发热位置隐蔽,运行人员无法及时发现。这样易使故障扩大,致使电气元件击穿烧毁且波及相邻设备单元,造成恶性停电事故。

高压断路器的异常温升

在高压断路器正常运行时,长期通过的工作电流产生的能量转变为热能,使电气材料温度升高但不会超出规定范围;当导电回路不正常时,会使电气材料温度升高超出规定范围,加速动、静触头的氧化,使接触电阻增大,这样又使发热温度进一步增加,而使电气材料的机械性能、物理性能下降。当温度超过材料的熔点时,将使两触头熔焊,最终导致断路器无法实现开断的电气事故。例如:变电所 (开闭所) 的金属铠装封闭开关柜均采用小车式断路器,当手车插头推入时,如推入时力度不够或未摇到位,将造成动、静插头插入处接触不良引起过热,在运行过程中触头熔化,会引发相间短路,导致开关整体烧毁的恶性事故。

导体连接处的异常温升

变电所的各个电气设备间的连接主要靠螺丝进行压接,还有与主母线、分支母线进行连接等多种方式。由于受到电压等级的限制,需要考虑对地安全距离的要求,以及连接母线的运行安全,为此加装绝缘护套并进行了封闭。这样就使设备间连接导线存在架设距地面高、封闭性强等诸多不利于运行的特点,如果连接处的螺丝检修不到位或长时间运行,在风力等外界因素以及运行过程中电动力的振动引起螺丝松动、氧化,造成母线连接处因接触电阻过大而出现接点过热,会引发全所或整段母线大面积停电的恶性事故。

高压温度监测手段

对于电气设备在运行中存在的异常温升现象,为防止温升导致事故,在日常运行中,油田变电所大多采用在运行设备上贴测温片和红外测温仪的方式定时巡视检测温度。

测温片
测温片的颜色随被测试点温度的变化而变化,根据其颜色即可判断被测点大致温度,优点是操作简单,成本低廉;缺点是准确度低、可靠性差 (凭个人经验来判断温度)。用测温片测试温度的方法是将其贴于裸露电气设备连接点,监测其温度变化,只有在运行人员巡视设备时才能发现过热缺陷,存在因设备较高不便于观察以及受产品有效期限制需定期更换等问题。

红外测温仪

红外测温仪属于非接触式测温,优点是测量范围大 , 准确度较高 , 可靠性较好 ; 缺点是设备昂 贵,且需大量人力定期巡测,无法实现温度实时在线监测,另外受太阳光的干扰测量误差大。采用红外测温仪对裸露设备连接点进行测温时,受测
量时间以及通过的电流等因素影响,并不能完全发现温度异常情况,无法做到实时监测,且对封闭开关柜内的接触点无法进行测温。以上两种测温方式都不能及时、准确地掌握电气设备运行时各连接点温度的变化情况,存在局限性。

光纤温度在线监测技术

光纤测温技术原理
温度在线监测系统由温度传感器、监测装置以及集中监控主机三部分组成

其与被测设备连接

温度传感器安装在高压设备的被测点上,一般固定在高压设备、母线或导体连接点、断路器触头等位置,当高压设备运行时,温度传感器自动从高压设备上感应出微弱的电量,经稳压处理后提供给测量和通信设备;温度监测装置向温度传感器发射询问指令脉冲,温度传感器接收后返回测量数据,监测装置对数据进行解码计算后得出被测点温度。如果被测点温度超过预设的报警值,闪光灯将发出超温报警信号;监测装置有 RS485 串行通信口与监控计算机相连进行数据传输,同时可
通过 GPRS 移动通信网或综合自动化系统将所有监测数据上传集控中心。

某采油厂针对变电所 6 kV 回路以及负荷较大的进、出线回路安装温度在线监测系统,包括温度传感器、温度监测装置 (采集终端) 及监控主机,某采油厂在太南二变电所 6 kV 所有回路高压铠装封闭开关柜内的开关触头连接点加装温度传感器 ,通过温度监测装置对设备各接点运行温度进行实时在线监测,变电所运行人员从监控计算机中的 6 kV 无线测温遥测数据表中就能很方便查看各接点的运行温度及其变化情况。目前安装的监测设备已运行 3 年,应用效果良好,进一
步提高了电网管理水平。

某采油厂针对变电所主变压器低压侧和 6 kV注水电动机回路负荷电流大的特点,将温度传感器捆绑式安装在其小车插头的动触头上,将采集到的实时温度数据通过射频通信 (无线传输) 方式上传到测温采集终端,并可采集多组温度传感器的温度数据,可实时在线监测小车柜内部开关触头温度。

光纤测温系统设备运行可靠,数据测量准确,应用效果良好。变电所主控室超温报警闪光灯发出闪光报警,运行值班人员现场检查发现回路温度监测装置超温报警。经查由于值班人员操作时小车开关未摇到位,造成动、静插头插入处接触不良而存在过热现象,经停电处理后恢复。可见,超温报警功能可在第一时间提醒运行人员注意并发现缺陷,避免了因过热造成设备严重故障,对设备安全运行具有重要意义。

效果分析
(1) 温度在线监测技术实现了温度数据的实时测量,运行人员根据设备运行温度数据,可直观判定设备运行是否正常,提高了发现因温度过热造成设备缺陷的及时性和准确性。
(2) 采集终端 (温度监测装置) 接收到的数据可与设定值对比从而实现超温报警等功能,有效防止因接触不良等原因导致设备过热事故的发生。

(3) 温度监测设备安装范围可选择全部安装或只选择在大负荷回路安装,具有选择性强、灵活方便等优点,还可达到节省投资的目的。

光纤测温技术应用范围

温度在线监测技术不仅可对断路器动静触头连接点、母线连接点、隔离开关闸刀触头以及其他电气设备连接点进行实时在线温度监测,还可用于干式变压器、高压电缆接头等电气设备的温度监测,应用前景非常广泛。

(1) 应用温度在线监测技术可从根本上消除全封闭的电气设备各接点温度监测盲点,解决以往无法检测的问题。从本质上改变运行人员周期巡视接点温度的管理模式,提高工作效率,节约人力、物力资源,经济效益明显。
(2) 可根据温度在线监测数据判定电气设备运行情况,进而确定检修周期及检修项目,给变电所状态检修提供决策依据。
(3) 温度在线实时监测的数据可作为无人值守变电所的设备运行监控的重要节点数据,给变电的运行监控和缺陷收集提供强有力的技术支持。
(4) 温度在线实时监测可让变电运行人员及时发现高压设备故障征兆,提前采取有效措施,这对保障设备运行安全、提高供电可靠性具有重要的意义。

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