電抗器溫度無線智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究

黃志成，韓磊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511515）

電抗器溫度無線智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究

黃志成，韓磊

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司清遠(yuǎn)供電局，廣東 清遠(yuǎn) 511515）

電抗器也叫電感器，分為串聯(lián)式電抗器和并聯(lián)式電抗器。串聯(lián)式電抗器用來限制短路電流，保護電路安全，也有用作限制電網(wǎng)中高次諧波的作用。并聯(lián)式電抗器主要運用在超高壓環(huán)境中，用來調(diào)整運行電壓或改善電力系統(tǒng)無功功率有關(guān)狀況。

電抗器；無線智能；溫度；監(jiān)測

隨著越來越大的用電范圍和越來越高的用電穩(wěn)定要求，促使一大批產(chǎn)品誕生，其中，就包括生活中常見的干式電抗器，干式電抗器的使用范圍極廣，從中性點電抗器到無功補償設(shè)備，從交直流濾波器元件再到特高壓直流輸電系統(tǒng)的平波電抗器，目前在電力支撐相關(guān)的行業(yè)中隨處可見干式電抗器，其已成為最重要的組成設(shè)備之一。但是干式抗電器在早期時常會出現(xiàn)起火燃燒的事故。當(dāng)時受限于檢測技術(shù)的落后，工作人員并沒有掌握有效地預(yù)控措施，但是隨著現(xiàn)在干式抗電器在電力系統(tǒng)中的作用越來越大，如何提前發(fā)現(xiàn)抗電器的故障成為了行業(yè)必須解決的問題，同時，將傳統(tǒng)的機械監(jiān)測進化成覆蓋面更大，反應(yīng)時間更大，可添加余地更多的智能監(jiān)測網(wǎng)也是行業(yè)未來發(fā)展的方向。

1 干式電抗器的結(jié)構(gòu)及運行特點

傳統(tǒng)的干式電抗器結(jié)構(gòu)定型于上世紀(jì)，多采用圓形空芯無鐵芯結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由多層線圈并聯(lián)組成，線圈的層與層之間為絕緣柵支撐起來的空隙，沒有其他元件和介質(zhì)，所有的冷卻任務(wù)都由自然空氣完成，沒有另外配置任何形式的散熱冷卻裝置。干式電抗器的主要工作就是保護以電流、電壓為特征量的過流、過負(fù)荷保護等，在工作中對于保護對象的保護效果很明顯，但是自身由于空間和成本的限制，并沒有設(shè)置相應(yīng)的保護措施，這使得長期處于使用狀態(tài)的抗電器磨損嚴(yán)重，使用壽命得不到保障。在以電氣量為特征的繼電保護僅在電抗器發(fā)生故障后，設(shè)備中內(nèi)置的電流感應(yīng)器會通過電流量的激增瞬時判斷電抗器是否發(fā)生故障，如果判斷為發(fā)生故障就自動轉(zhuǎn)入保護動作，即跳開與其連接的斷路器以切除故障，減少電路中的設(shè)備不因短路造成的不可逆的損壞，但是這種被動激發(fā)的反應(yīng)機制不能在對故障發(fā)生之前自動反應(yīng)，也無法對其進行監(jiān)測行為和事前控制，所以一定會產(chǎn)生一部分無法挽回的損失。具體監(jiān)測結(jié)果如表一所示：

表1 監(jiān)測結(jié)果

表2 安裝設(shè)置的具體參數(shù)

2 技術(shù)方案選擇

2.1 電氣量監(jiān)測方法

傳統(tǒng)的干式電抗器定型較早，受限于當(dāng)時的技術(shù)水平，在應(yīng)對故障監(jiān)測的問題時沒有加入絕緣油介質(zhì)的間接信息載體，而是采用機械模式的探測電氣量變化狀態(tài)來尋求故障信息。干式電抗器的電氣量受電力系統(tǒng)運行方式的變化影響較大，加上自感特性的影響，無論是電流、電壓還是阻抗，正常運行和異常方式下的變化值不明顯，嚴(yán)重異常即故障時，電氣量保護裝置動作，切除故障電流，所以對電氣量進行監(jiān)測不能達(dá)到預(yù)警的目的。因此，在現(xiàn)代高集成化的電氣系統(tǒng)中充當(dāng)非常重要的監(jiān)測方法顯得反應(yīng)“遲鈍”，一般都不選擇這種方式。

2.2 煙感監(jiān)測方法

當(dāng)干式電抗器因為過熱而發(fā)生燃燒情況，所產(chǎn)生的煙氣會立即被煙感探測器檢測到，可以達(dá)到監(jiān)測意外發(fā)生的目的。但是這一系統(tǒng)有一個缺陷，一般的電力電抗器都被安裝在戶外，一旦出現(xiàn)上述情況，的確會產(chǎn)生煙霧，但是室外環(huán)境復(fù)雜，空氣流通速度快，產(chǎn)生的煙霧容易被快速吹散，難以形成探測器識別的濃度，在一些特殊的天氣中，難以發(fā)揮應(yīng)有的效果。

2.3 溫感監(jiān)測方法

在電路設(shè)備中，遇到電路不穩(wěn)定時產(chǎn)生煙氣，會同時發(fā)熱，而發(fā)熱情況和上文的煙霧不同，受到外界環(huán)境的影響程度較小，觀察比較穩(wěn)定，而且結(jié)果比較明顯。所以現(xiàn)在的電路檢測系統(tǒng)設(shè)計，從之前的煙氣監(jiān)測改變?yōu)楦臃€(wěn)定可靠的發(fā)熱監(jiān)測。在電路系統(tǒng)正常的運行狀態(tài)下，干式電抗器僅僅會因運行電流產(chǎn)生微量發(fā)熱，將這一發(fā)熱量的上限定義為A，在溫感監(jiān)測設(shè)備中設(shè)置相應(yīng)的溫度數(shù)值，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)值時，監(jiān)測系統(tǒng)就開始比對，當(dāng)達(dá)到臨界危險溫度時監(jiān)測設(shè)備就開始報警并同時切斷相關(guān)的設(shè)備通路，在問題出現(xiàn)之前就斷掉可能的危險損失，實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的目的。綜上所述，針對干式電抗器的監(jiān)測最適合的監(jiān)測方式就是溫度監(jiān)測。

2.4 監(jiān)測手段和無線智能的結(jié)合

監(jiān)測手段的完善不僅僅止步于能夠發(fā)現(xiàn)問題所在，還要能夠提前預(yù)警，提前報告，在問題出現(xiàn)之前避免可能的損失。現(xiàn)在城市的電氣系統(tǒng)都是高度集成化的，一旦某一點出現(xiàn)了問題，整個區(qū)域的供電工作就會陷入癱瘓，由此引發(fā)的問題是連鎖反應(yīng)式的。所以電路監(jiān)測的工作人員一直以來的工作重點就是加強監(jiān)測設(shè)備的投入，讓監(jiān)測手段更加高效，更加可靠。但是在發(fā)展監(jiān)測手段的同時，監(jiān)測設(shè)計人員也一直在致力于將監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，希望可以通過更加智能化的方式完成電路系統(tǒng)的監(jiān)測工作。與傳統(tǒng)的監(jiān)測手段相比，智能監(jiān)測技術(shù)在問題反饋速度上有著質(zhì)的飛越，同時，在反應(yīng)的數(shù)據(jù)攜帶能力上也是傳統(tǒng)手段不能比擬的，傳統(tǒng)的監(jiān)測手段只能通過光、聲兩種方式向工程人員進行反應(yīng)，但是聯(lián)網(wǎng)后的智能化監(jiān)測網(wǎng)可以通過數(shù)字傳輸將所有的問題情況，以及之前的監(jiān)測記錄，現(xiàn)在的反應(yīng)動作，對其他部分的影響程度，區(qū)域內(nèi)其他設(shè)備的工作狀態(tài)都在一瞬間進行了反應(yīng)，而且還能持續(xù)反應(yīng)，與后臺工程人員做到及時的溝通。

3 現(xiàn)狀

變電站并聯(lián)電容器組中的串聯(lián)電抗器時常因為負(fù)荷電流大、絕緣老化、匝間短路、設(shè)備質(zhì)量等因素發(fā)生運行溫度過高現(xiàn)象，甚至有發(fā)生著火危險，若未及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。目前，電抗器運行溫度監(jiān)測靠人工監(jiān)測，如使用紅外測溫儀或熱成像儀進行監(jiān)測，存在工作量大、故障發(fā)現(xiàn)不及時、連續(xù)性不強、無法及時預(yù)警、受天氣影響、歷史數(shù)據(jù)難存儲難利用的缺點，亟需進行相關(guān)改進?，F(xiàn)研制一套電抗器溫度無線智能監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)集中、遠(yuǎn)程監(jiān)測電抗器實時運行溫度，并對運行數(shù)據(jù)采集存儲，出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重或著火等異常情況時能及時通過系統(tǒng)、短信、APP預(yù)警， 達(dá)到運行溫度實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)存儲與及時預(yù)警的目的，同時，減少運行人員維護工作量及設(shè)備事故發(fā)生機率。在電抗器外表面安裝適量溫度傳感器，溫度傳感器工作電源可取自電場，無需電池供電；溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)可無線傳輸至附近接收器，各分散布置的接收器通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)傳輸至后臺服務(wù)器，在后臺服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲、預(yù)警等功能。（1）溫度傳感器工作電源取自電場，無需電池供電，減少了相應(yīng)維護工作。（2）溫度傳感器到接收器及接收器到服務(wù)器溫度數(shù)據(jù)傳輸均采用無線方式，實現(xiàn)較好的便捷性及經(jīng)濟性。（3）溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲及實時預(yù)警，減少了運行人員維護工作量及設(shè)備事故發(fā)生機率。（4）實現(xiàn)手機APP隨時隨地查閱運行溫度數(shù)據(jù)及接受預(yù)警，提高了工作便捷性。

4 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及現(xiàn)場實施

需突破的技術(shù)難題。目前的電路系統(tǒng)監(jiān)測手段要客服的困難有以下這些：（1）電抗器的發(fā)熱點通常處于高電壓、強磁場的區(qū)域，因信號傳輸線纜的限制，普通的溫度傳感方法難以使用，需專門設(shè)計制造高絕緣強度的電纜傳輸溫度信號，技術(shù)復(fù)雜且可靠性低。傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性須滿足電抗器的運行要求。（2）電抗器可能的發(fā)熱點多，遍及電抗器線圈幾乎所有部位，但傳感器布置受電抗器結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟性和電抗器本身安全運行的限制，不可能安裝大量的傳感器。

5 結(jié)語

本文將目前電路監(jiān)測工作中常見的監(jiān)測手段進行了簡單的比較，同時將目前監(jiān)測工作面對的問題進行了簡單的總結(jié)，對于電抗器溫度無線智能監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進行了簡單的介紹。

[1]張潔,譚向宇,王科等.分布式布喇格傳感器系統(tǒng)監(jiān)測溫度條件對干式空心電抗器的影響[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2015,15(16):160-164,180.

[2]李贏,楊松偉,章建歡等.基于分布式光纖測溫的干式空心電抗器溫升監(jiān)測方法的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器,2017,(2):43-

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1671-0711（2017）12（上）-0105-02