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智能变电站高压开关柜在线温度监测预警系统方案
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智能电网对变电站的需求是坚强可靠、信息化、自动化、互动化,采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以变电站全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求,自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动。
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随着电网的发展和设备技术的提高,10kV、35kV系统开关柜在电网中已大量使用。在设备长期运行过程中,开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热,这种现象已成为开关柜使用中的常见问题,由于开关柜体的密闭性,这些发热部位的温度无法监测,由此造成火灾和大面积的停电事故,直接影响设备的安全稳定运行,而且,过热问题是一个不断发展的过程,如果不加以控制,过热程度会不断加剧,并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。
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目前,对电力系统内部使用的开关柜,严格遵守设备采购程序及技术政策,确保入网的开关柜都通过型式试验,尤其对温升的要求比较严格。运行中,负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量,开关柜的温升问题应该不会很突出,但是实际情况并不尽然。开关柜内部实际温升情况,尤其是母排连接等部位,通常总是比型式试验测出的数据高。而这些发热部位的温度无法监测,解决开关柜过热问题是杜绝此类事故发生的关键。 通过监测开关柜内触点温度的变化情况,可有效防止开关柜的火灾发生,但由于开关柜内高压的结构,无法进行人工巡查测温。
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随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展,使得对开关柜的运行状态进行在线监测,及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行,减少维修次数,提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义,因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。
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高压开关柜温度过高的几点原因:
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(1)试验测得数据通常在试验室完成,持续时间不长,一般不超过8h,不具备温升累积效应,不能等同于长期运行并持续发热的设备。
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(2)不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多,尤其是螺栓型设备接头,在运行中随着负荷电流及温度的变化,其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变,也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形,蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明,当接头处的运行工作温度超过80℃时,接头金属将因过热而膨胀,使接触表面位置错开,形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时,由于接触面氧化膜的覆盖,不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻,将会使下一次循环的热量增加,所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏,因而形成恶性循环。
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(3)连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好,其实不然。特别是铝质母线,弹性系数小,当螺母的压力达到某个临界压力值时,若材料的强度差,再继续增加不当的压力,将会造成接触面部分变形隆起,反而使接触面积减少,接触电阻增大,从而影响导体接触效果。
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(4)选用的导体材料电导率不满足要求,多数属于导体原材料纯度不够。
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(5)现场的其它因素,比如可能存在安装检修工艺不当,如母线在加工、连接、安装过程中,对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等,导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。
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综上所述,开关柜在长期运行过程中常出现连接部位紧固螺栓松动、安装工艺不当、负荷突变、接点氧化等原因,都会造成设备过热甚至出现严重事故。只有通过测温装置对开关柜进行实时监测,加强设备巡视,才能遏制发热故障的进一步扩大,确保安全生产。
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北京合众普瑞科技有限公司结合电力行业的实际应用需要和多年的电力行业实时在线监测监控经验,采用无线传输ZigBee技术和高精度数字式红外测温传感器技术,研制出适合变电站高压开关柜应用的实时在线温度监测智能诊断预警系统。该系统既可独立应用在一个变电站内通过计算机软件实现温度实时在线分析又可通过网络把实时数据传送各级集控中心组建市、县级的大型监测监控系统,为有效监测高压开关柜安全运行和变电站的智能化管理提供了非常有效的工具。
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