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智能變電站高壓開關柜在線溫度監測預警系統方案
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智能電網對變電站的需求是堅強可靠、信息化、自動化、互動化,采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備,以變電站全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求,自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能,并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動。
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隨著電網的發展和設備技術的提高,10kV、35kV系統開關柜在電網中已大量使用。在設備長期運行過程中,開關柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發熱,這種現象已成為開關柜使用中的常見問題,由于開關柜體的密閉性,這些發熱部位的溫度無法監測,由此造成火災和大面積的停電事故,直接影響設備的安全穩定運行,而且,過熱問題是一個不斷發展的過程,如果不加以控制,過熱程度會不斷加劇,并對絕緣件的性能及設備壽命產生很大的影響。
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目前,對電力系統內部使用的開關柜,嚴格遵守設備采購程序及技術政策,確保入網的開關柜都通過型式試驗,尤其對溫升的要求比較嚴格。運行中,負荷通常都不會達到開關柜的設計滿容量,開關柜的溫升問題應該不會很突出,但是實際情況并不盡然。開關柜內部實際溫升情況,尤其是母排連接等部位,通常總是比型式試驗測出的數據高。而這些發熱部位的溫度無法監測,解決開關柜過熱問題是杜絕此類事故發生的關鍵。 通過監測開關柜內觸點溫度的變化情況,可有效防止開關柜的火災發生,但由于開關柜內高壓的結構,無法進行人工巡查測溫。
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隨著傳感器技術、信號處理技術、計算機技術、人工智能技術的發展,使得對開關柜的運行狀態進行在線監測,及時發現故障隱患并對累計性故障做出預測成為可能。它對于保證開關柜的正常運行,減少維修次數,提高電力系統的運行可靠性和自動化程度具有重要意義,因此實現溫度在線監測是保證高壓開關柜安全運行的重要手段。
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高壓開關柜溫度過高的幾點原因:
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(1)試驗測得數據通常在試驗室完成,持續時間不長,一般不超過8h,不具備溫升累積效應,不能等同于長期運行并持續發熱的設備。
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(2)不同金屬的膨脹效應不同。鋼制螺栓的金屬膨脹系數要比銅質、鋁質母線小得多,尤其是螺栓型設備接頭,在運行中隨著負荷電流及溫度的變化,其鋁或銅與鐵的膨脹和收縮程度將有差異而產生蠕變,也就是金屬在應力的作用下緩慢的塑性變形,蠕變的過程還與接頭處的溫度有很大的關系。實踐證明,當接頭處的運行工作溫度超過80℃時,接頭金屬將因過熱而膨脹,使接觸表面位置錯開,形成微小空隙而氧化。當負荷電流減小溫度降低回到原來接觸位置時,由于接觸面氧化膜的覆蓋,不可能是原安裝時金屬間的直接接觸。每次溫度變化的循環所增加的接觸電阻,將會使下一次循環的熱量增加,所增加的溫度又使接頭的工作狀況進一步變壞,因而形成惡性循環。
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(3)連接部位緊固螺栓壓力不當。部分安裝或檢修人員在導體連接上認為連接螺栓擰得愈緊愈好,其實不然。特別是鋁質母線,彈性系數小,當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時,若材料的強度差,再繼續增加不當的壓力,將會造成接觸面部分變形隆起,反而使接觸面積減少,接觸電阻增大,從而影響導體接觸效果。
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(4)選用的導體材料電導率不滿足要求,多數屬于導體原材料純度不夠。
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(5)現場的其它因素,比如可能存在安裝檢修工藝不當,如母線在加工、連接、安裝過程中,對母線接觸表面處理不到位、不平整、不光滑、沒有涂專用電力脂等,導致有效接觸面積減少接觸電阻增大而發熱。
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綜上所述,開關柜在長期運行過程中常出現連接部位緊固螺栓松動、安裝工藝不當、負荷突變、接點氧化等原因,都會造成設備過熱甚至出現嚴重事故。只有通過測溫裝置對開關柜進行實時監測,加強設備巡視,才能遏制發熱故障的進一步擴大,確保安全生產。
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北京合眾普瑞科技有限公司結合電力行業的實際應用需要和多年的電力行業實時在線監測監控經驗,采用無線傳輸ZigBee技術和高精度數字式紅外測溫傳感器技術,研制出適合變電站高壓開關柜應用的實時在線溫度監測智能診斷預警系統。該系統既可獨立應用在一個變電站內通過計算機軟件實現溫度實時在線分析又可通過網絡把實時數據傳送各級集控中心組建市、縣級的大型監測監控系統,為有效監測高壓開關柜安全運行和變電站的智能化管理提供了非常有效的工具。
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