楊超 王勁松 仇遠 馮孟超

摘要：根據(jù)首都國際機場10 kV配電網(wǎng)電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測需求，介紹了一種無線無源測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以安全、可靠、便捷地獲取電力設(shè)備實時溫度信息，實現(xiàn)遠程故障預警和狀態(tài)分析的目的，為保障機場電網(wǎng)的安全運行提供強力支持。

關(guān)鍵詞：無線無源技術(shù);在線監(jiān)測;機場電網(wǎng);狀態(tài)監(jiān)測

0 引言

北京首都國際機場是“中國第一國門”，是我國最重要、規(guī)模最大、設(shè)備最先進、運輸生產(chǎn)最繁忙的大型國際空港。隨著首都國際機場旅客量逐年增加，首都國際機場對10 kV配電網(wǎng)的供電可靠性要求越來越高。為此，首都國際機場依托變電站在線溫度監(jiān)測信息化平臺，基于變電站電力設(shè)備在線測溫技術(shù)，對配電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，應(yīng)用在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，整合設(shè)備檢修計劃、設(shè)備動態(tài)評價、設(shè)備巡檢等各種信息，實現(xiàn)對機場電力設(shè)備設(shè)施的多維度、全過程監(jiān)測和管控。

1 電力設(shè)備在線測溫技術(shù)的重要作用

據(jù)統(tǒng)計，電力設(shè)備運行狀態(tài)是影響機場電力系統(tǒng)安全運行的重要因素，電力設(shè)備發(fā)生故障，可能導致機場電網(wǎng)大面積停電、電力設(shè)備破壞、系統(tǒng)振蕩瓦解，嚴重時甚至導致人身傷亡，造成巨大的經(jīng)濟損失和惡劣的社會影響，而高壓柜和變壓器故障是造成電網(wǎng)故障的常見設(shè)備故障。目前，機場電網(wǎng)中應(yīng)用最多的是金屬鎧裝封閉式中置柜和干式變壓器，其在高電壓、大電流條件下長期運行，散熱效果相對較差，且無法通過紅外測溫等技術(shù)對柜內(nèi)設(shè)備進行測溫，造成變電站內(nèi)發(fā)生多起進出線樁頭過熱、電纜搭接處故障、母線故障等過熱性故障，直接影響了機場電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。因此，機場電網(wǎng)采用有效的在線測溫技術(shù)對高壓開關(guān)柜和變壓器的關(guān)鍵部位進行在線監(jiān)測勢在必行，提前對故障做出研判，實現(xiàn)對高壓供電核心設(shè)備的故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測，可確保機場電網(wǎng)可靠供電。

2 無線無源測溫技術(shù)的應(yīng)用

目前首都機場對電力設(shè)備普遍使用示溫蠟片或定期紅外測溫儀逐點測溫，測溫方法落后，監(jiān)測周期長，漏檢概率高，需要大量人力物力，同時對開關(guān)柜內(nèi)部的斷路器、刀閘、動靜觸頭等無法進行人工巡查測溫。國內(nèi)外科研機構(gòu)、各大院校對變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測技術(shù)進行了深入研究，利用溫度在線監(jiān)測技術(shù)彌補了傳統(tǒng)人工監(jiān)測存在的缺陷，提高了溫度監(jiān)測的有效性[1]。常用的在線監(jiān)測技術(shù)有紅外成像技術(shù)、光纖測溫技術(shù)、紅外信號接觸測溫技術(shù)、無線無源測溫技術(shù)。其中，紅外成像技術(shù)測溫不精確，光纖測溫技術(shù)投資大、設(shè)備復雜，紅外信號接觸測溫技術(shù)無法單獨在封閉空間內(nèi)使用，因此本文主要研究無線無源測溫技術(shù)。

2.1 ? ?無線無源測溫技術(shù)的原理

無線無源測溫技術(shù)根據(jù)取溫點位置的不同，采用不同的取電傳感器，主要包括電流取電傳感器和電場取電傳感器，為開關(guān)柜靜觸頭、耐張線夾處、電纜搭接處、變壓器進出線接頭等的測溫提供電源，減少對電池的使用，擴大了電力設(shè)備在線監(jiān)測的適用范圍。電流取電傳感器利用環(huán)形CT、電磁壓電復合式微型發(fā)電器，獲取輸電線路的電磁能量并轉(zhuǎn)換為電能，常應(yīng)用于接線樁頭處。電場取電傳感器利用空間電場電位差來采集電能，不受電流大小影響，常應(yīng)用于斷路器梅花觸頭處。溫度測量采用紅外測溫原理，通過紅外探頭匯集其視場內(nèi)的目標紅外輻射能量，將紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號，該信號經(jīng)過放大器和信號處理電路，按照儀器內(nèi)部算法和目標發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標的溫度值。

2.2 ? ?無線無源測溫系統(tǒng)的組成

該無線無源測溫系統(tǒng)組成如圖1所示，采用分層結(jié)構(gòu)，主要包括設(shè)備層、數(shù)據(jù)傳輸層、監(jiān)測云監(jiān)控層、用戶應(yīng)用層，其中設(shè)備層主要有多個無線無源傳感器組成ZIGBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，由接收裝置接收多個傳感器的溫度信息，并通過無線或串口方式送至5G路由器。數(shù)據(jù)傳輸層由5G路由器組成，通過匯集接收裝置溫度信息，傳至外網(wǎng)變電站在線測溫監(jiān)測云平臺。監(jiān)測云監(jiān)控層實現(xiàn)對多個站點無線測溫數(shù)據(jù)的集中采集、監(jiān)控、分析、存儲、預警及診斷功能。用戶應(yīng)用層實現(xiàn)了用戶通過終端設(shè)備，如手機、平板電腦對變電站狀態(tài)的遠程監(jiān)視和接收警告信息。

3 變電設(shè)備溫度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用

利用溫度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可及時發(fā)現(xiàn)變電站電力設(shè)備的發(fā)熱初期，提示檢修人員對該設(shè)備進行故障精準定位，防止停電事故和人身傷亡事故的發(fā)生。無線無源測溫系統(tǒng)通過橫向、縱向?qū)θ嗟南鄬夭?、絕對溫差、負荷電流及環(huán)境溫度等參數(shù)采集，進行歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)的對比和分析，形成數(shù)據(jù)報告。配電系統(tǒng)在正常情況下，橫向A、B、C三相觸頭、連接處及同一相上下觸頭、連接處的溫度相同。配電系統(tǒng)發(fā)生發(fā)熱故障時，觸頭或連接處電阻不同，故障處的溫度變化將出現(xiàn)顯著差異。運維人員在排除三相同時出現(xiàn)故障的小概率事件后，通過橫縱對比分析進行故障點預警。

同一變電設(shè)備在橫向?qū)Ρ戎?，被檢測相表面溫度（T）和環(huán)境溫度參照體表面環(huán)境溫度（T0）之差定義為溫升（Δ），三相監(jiān)測點溫度中任意兩相的溫度差為絕對溫差（§），則：

§AB=（ΔA-ΔB）/ΔA×100%=（TA-TB）/（TA-T0）×100%（1）

§BC=（ΔB-ΔC）/ΔB×100%=（TB-TC）/（TB-T0）×100%（2）

§AC=（ΔA-ΔC）/ΔA×100%=（TA-TC）/（TA-T0）×100%（3）

同一變電設(shè)備在縱向?qū)Ρ戎校瑢Ρ雀邏汗裆舷掠|頭溫度（T1、T2）或者不同位置同相溫度（T1、T2）的絕對溫差（&），則：

&A=（TA1-TA2）/（TA1-T0）×100%（4）

&B=（TB1-TB2）/（TB1-T0）×100% （5）

&C=（TC1-TC2）/（TC1-T0）×100% （6）

通過歷史數(shù)據(jù)、實際經(jīng)驗，確定閾值§與&，當橫向?qū)Ρ冉Y(jié)果出現(xiàn)某相檢測值超過閾值時，進行縱向?qū)Ρ?，若也超出閾值，則系統(tǒng)發(fā)出預警信號。系統(tǒng)通過實時監(jiān)測溫度值，進行數(shù)據(jù)處理，更新閾值，提高系統(tǒng)在線診斷的可靠性。同時，可以與巡視數(shù)據(jù)進行對比，監(jiān)測在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)的正確性，為后期設(shè)備檢修提供依據(jù)。

4 結(jié)語

本文根據(jù)首都國際機場10 kV配電網(wǎng)電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測需求，介紹了一種無線無源測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有布置簡單、改造方便、安全性高等優(yōu)點。隨著機場電網(wǎng)帶電監(jiān)測及在線監(jiān)測技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，機場電網(wǎng)設(shè)備檢修逐漸形成了狀態(tài)檢修與停電預試檢修相結(jié)合的檢修模式，下一步將不斷完善在線監(jiān)測和帶電監(jiān)測技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，提高機場電網(wǎng)檢修效率以及故障預判、設(shè)備狀態(tài)評估能力，為機場電網(wǎng)電力設(shè)備的安全運行保駕護航。

[參考文獻]

[1] 劉國振.高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測技術(shù)探析[J].科學與信息化，2019（7）：32.

收稿日期：2020-09-04

作者簡介：楊超（1989—），男，北京人，碩士研究生，電氣工程師，主要從事機場電力運行方面工作。