變電站電氣設(shè)備溫度監(jiān)控的應(yīng)用研究

摘要：電力在目前的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)里所占的比例越來越高，電力的正常持續(xù)供應(yīng)對社會正常生活秩序的影響程度不斷增強，因而對供電設(shè)備的可靠性的要求也越來越高。電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵電氣設(shè)施的安全運行是電力系統(tǒng)的有效保障，為了有效防范供電系統(tǒng)因溫升引發(fā)的停電、火災(zāi)事故，要根據(jù)變電站里不同類型的設(shè)備實施有針對性地溫度監(jiān)控措施。

關(guān)鍵詞：變電站；電力設(shè)備；溫度監(jiān)控

1. 變電站電氣設(shè)備溫度監(jiān)控的目的

變電站電氣設(shè)備溫度監(jiān)控的目的是要保證溫度監(jiān)控裝置的電子元器件及整個設(shè)備能安全正常地工作在規(guī)定的熱環(huán)境下。正確選擇冷卻方法，對提高溫度監(jiān)控裝置的熱可靠性至關(guān)重要。做好溫度監(jiān)控裝置的溫度控制，可以提高溫度監(jiān)控裝置的運行可靠性，減少設(shè)備故障率，防范設(shè)備在惡劣的熱環(huán)境下因工作時內(nèi)部熱量的積聚無法控制而減少設(shè)備壽命，為電力設(shè)備的長期安全運行提供可靠保障。若不進行合理的熱控制，必將影響測控裝置在運行中電子元器件的熱可靠性和穩(wěn)定性。在控制溫度監(jiān)控裝置的運行溫度的同時，還可以及時監(jiān)測裝置的運行環(huán)境，掌握裝置的運行狀態(tài)，也為開展繼電保護設(shè)備狀態(tài)檢修提供溫度監(jiān)控裝置靜態(tài)運行的狀態(tài)資料。

在電網(wǎng)的日益擴大過程中，變電站內(nèi)的設(shè)備如隔離開關(guān)觸頭、母線排過渡點、電力電纜進出線因接頭接觸不良引起發(fā)熱時，會造成接頭處絕緣老化引發(fā)事故。在實際運行過程中，絕緣劣化故障的漸變過程也同時伴隨著故障點異常發(fā)熱，具體表現(xiàn)為故障點溫度異常升高。通過測量設(shè)備隔離開關(guān)觸頭以及電纜終端接頭的溫度來監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，對于保證電力系統(tǒng)的正常運行，提高運行可靠性和自動化程度具有非常重要的意義。

2.變電站電氣設(shè)備溫度監(jiān)控意義

電力系統(tǒng)溫度監(jiān)控裝置內(nèi)部包含了液晶元件、半導(dǎo)體集成電路器件等電子部件。通常，電子器件只能被動適應(yīng)環(huán)境溫度，有一定的允許運行環(huán)境溫度范圍，商用半導(dǎo)體器件的結(jié)溫極限約為。工作期間結(jié)溫越低，器件的可靠性就越高。過高的運行環(huán)境溫度對電子器件工作穩(wěn)定性降低有很大影響。研究表明溫度增加后，會出現(xiàn)材料軟化、化學(xué)分解和老化、設(shè)備過熱等問題。溫度過高會造成絕緣性能下降，機械強度降低，接觸電阻增加的情況，使電子設(shè)備的可靠性大大降低。據(jù)統(tǒng)計，電子元件的溫度在正常工作溫度水平上降低其故障可減少，若增加—，則故障率提高。據(jù)統(tǒng)計，電子設(shè)備的失效率有是因為溫度超過規(guī)定值引起的。

在變電站，母排、隔離幵關(guān)、高壓開關(guān)柜、斷路器、電纜之間一般都采用插頭連接、這些一次設(shè)備長期運行過程中，線夾頭以及連接插頭等部位容易因制造、運輸、安裝不良及老化引起接觸電阻過大而發(fā)熱，如果這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，得不到及時檢修，則最終會可能發(fā)生觸頭升溫過高甚至導(dǎo)致燒毀設(shè)備的火災(zāi)事故發(fā)生。近年來，在很多變電站都發(fā)生過刀闡和電纜頭過熱事故，造成火災(zāi)和大面積停電事故。一旦出現(xiàn)故障停電，首先給人民群眾生活帶來不便，干擾了企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營；其次給供電公司造成較大損失；再者變電站內(nèi)幵關(guān)柜、母排、電纜的分接頭眾多，呈網(wǎng)狀及封閉結(jié)構(gòu)，查找故障隱患非常困難，會浪費大量的人力，物力。

3.當(dāng)前國電氣設(shè)備的溫度監(jiān)控研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)的綜合自動化系統(tǒng)主要采用分布和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，配電線路的保護裝置和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，高壓線路保護和主變壓器保護裝置則采用集中組屏的形式。溫度監(jiān)控裝置是通過電子器件實現(xiàn)其自動控制功能的，因而對工作溫度有較高要求。目前我國主流的溫度監(jiān)控裝置均無單獨對裝置自身的溫度控制進行設(shè)計通常的做法是在產(chǎn)品開發(fā)周期的初始設(shè)計階段選用具有良好耐熱特性的元器件，并不讓元器件工作在技術(shù)參數(shù)的極限值附近；為一些溫度過高的芯片增加散熱器或者在溫度過高的區(qū)域利用殼體表面來散熱。從實際應(yīng)用情況來看，由于抗電磁干擾、裝置防塵、提高機械強度等方面的考慮，許多裝置已不在殼體上開有散熱孔，而釆用全密閉殼體。由于電源及裝在殼體內(nèi)的電子設(shè)備會產(chǎn)生物理熱，元件密封在狹小空間內(nèi)，對散熱極為不利。尤其是開關(guān)柜的驅(qū)潮加熱器投入運行后，更增加了安裝在其上面的溫度監(jiān)控裝置的運行環(huán)境溫度，無法保障裝置的運行環(huán)境溫度。

電力系統(tǒng)實際運行經(jīng)驗表明，溫度監(jiān)控裝置長期在溫度較高的工作環(huán)境下運行，將會加快元器件老化，極易造成元件熱穩(wěn)定性不良，含有液晶屏的人機對話接口界面損壞，與保護管理機通訊中斷等嚴重故障，由于溫度的影響，誤啟動、程序紊亂、死機和波形丟失等問題在這些微機保護裝置中還時有發(fā)生。因此必須從運行實際出發(fā)，對溫度監(jiān)控裝置的運行溫度采取控制措施，以使微機溫度監(jiān)控裝置更加完善。

4.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控的應(yīng)用研究

在電力系統(tǒng)里，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，以微機型溫度監(jiān)控裝置為代表的二次設(shè)備的廣泛應(yīng)用使得我們對變電站的遠程監(jiān)視和控制能力有了較大的進步，并實現(xiàn)了變電站的無人值守，變電站綜合自動化技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展。利用現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)制造的溫度監(jiān)控裝置可以實現(xiàn)信息共享。它通過采用分散分布式安裝，利用現(xiàn)場總線與保護管理機交換信息，能簡化系統(tǒng)、節(jié)約控制電纜并減少占地面積。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和無線通信技術(shù)。實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進行處理，傳送到用戶。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布式處理系統(tǒng)的高監(jiān)測精度、高容錯性、覆蓋區(qū)域大，可遠程遙測遙控、自組織多跳路由。一個典型的傳感器網(wǎng)絡(luò)包括傳感器節(jié)點、匯接節(jié)點、處理中心和外部網(wǎng)絡(luò)。大量傳感器節(jié)點隨機部署在感知區(qū)域內(nèi)部或附近，能夠通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)接收管理中心和用戶發(fā)送的各種控制命令，并將控制命令發(fā)往執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)構(gòu)建變電站內(nèi)電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，可確定電力設(shè)備的過熱程度，當(dāng)發(fā)生超溫時，系統(tǒng)能夠發(fā)出報警指示?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的變電站電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

1）傳感器網(wǎng)絡(luò)可以迅速地搭建一個基于不同保護方案的應(yīng)用平臺。針對不同的應(yīng)用場景，可以配置不同的傳感器節(jié)點，感知不同的數(shù)據(jù)信息。同時傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、動態(tài)性，不需要添加更多的設(shè)施。

2）傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性和大規(guī)模性，使得傳感器更加適合于分布式測量與處理。

3）傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點高度集成了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和通信等功能，大大簡化了設(shè)備裝置，同時，由于是無線通信模式，不需要復(fù)雜的通信線路的布線，具有更大的性價比。

4）實現(xiàn)了真正意義上的實時在線監(jiān)測。

5.結(jié)語

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度監(jiān)控投入運行后，通過對電力設(shè)備進行在線實時溫度監(jiān)測，實現(xiàn)故障的早期預(yù)測，防患于未然；而當(dāng)發(fā)生故障時，提供報警并準確確定故障點位置；可及時發(fā)現(xiàn)變電站電力設(shè)備故障隱患，指導(dǎo)檢修工作，為設(shè)備的維修提供決策依據(jù)，實現(xiàn)狀態(tài)檢修。這將在變電站電力設(shè)備監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

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