温度在线监测技术在电力设备运行维护中的作用分析
苏炳泽 夏小军 赵晓兵
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苏炳泽 夏小军 赵晓兵,. 温度在线监测技术在电力设备运行维护中的作用分析[J]. 中国电力技术,2021.4. DOI:10.12721/ccn.2021.159434.
摘要: 为了满足电力设备运行维护工作的基本水平,要整合技术要点,完善温度在线监测技术应用流程,建构完整的技术管控体系,在电力设备巡检、隔离开关刀口检测、线夹发热检测、变压器定期检测中应用温度在线监测技术能最大化提升检测的实效性,从而为电力系统综合设备管控工作的顺利落实提供保障。
关键词: 温度在线监测技术;电力设备;作用;运维
DOI:10.12721/ccn.2021.159434
基金资助:

在电力设备运行维护工作中,设备发热问题较为常见,要积极落实匹配的处理方案,从而确保能降低电网运行的安全隐患,打造更加合理的运维管控操作平台,减少重大故障造成的经济损失。

一、电力设备发热的原因

为了保证温度在线监测技术在电力设备运维管理工作中发挥实际价值和作用,就要从多角度分析电力设备发热的原因,结合对应的情况落实匹配的处理规范操作,从而减少设备发热产生的隐患问题,落实系统化的测温管理方案,实现多元运维管理的目标。

第一,电流致热型。主要是因为线路以及对应设备使用时间较长,加之外界因素的影响,使得电力接头的绝缘性大大降低,电线暴露在室外环境中就会造成设备出现发热等问题[2]。另外,设备的电气接头接触不良也是造成电阻数值增大的重要原因,电流引起的电阻增大,因此,为电流制热类型。

第二,电压致热型。主要是因为电压参数变化造成的问题,设备长时间运行会导致摩擦起热,影响绝缘材料的应用效果,甚至会造成介质出现大范围的损耗,因为其应用效果和电压呈正比例关系,就会造成设备出现温度骤升的问题。

第三,其他制热型。首先,一些电力高压设备在结构设计中存在隐患问题,运行状态出现异常,必然会隐藏漏磁问题,使得铁芯严重发热,造成温度升高。其次,高压电气设备运行中自身发热和局部电流、电压、表面热场等因素都有关联,此时也会导致设备温度升高。最后,断路器等高压设备出现了漏油的现象,油位降低,上下两面热物性参数差异较大,必然会造成温度骤升[1]

二、温度在线监测技术

由于电力设备发热绝大部分位于金属导电处,在高电压高场强条件下,常规直接接触式电信号测量方法如热电偶和热电阻等无法适用。因此,早期电力系统业内多采用示温蜡片测温和红外测温[2]进行电力设备的温度监测,但均需人工离线形式进行温度读取,容易出现误报、漏报,无法进行监测,且监测精度和准确度会收到操作人员的影响,实时性较差。随着新技术的发展和普及,目前国内外逐步涌现了采用光纤测温、取电测温、声表面波(SAW)测温、RFID测温等电力设备温度在线监测技术。

光纤温度[3]在线监测是综合光导纤维及光纤通信技术发展而派生的温度传感技术。光纤光栅传感器通过辨析光波长来检测、度量温度变化。光纤光栅温度传感器具有技术成熟、性能稳定、绝缘强、灵敏度高等优点,但需要专用的光通信设备,且光纤具有容易折损、存在沿面放电风险等挑战,在一定程度上影响其使用维护。同时光纤测温属于有线测温,随着触点增多,光纤顺序弯折走线导致光损耗增加,降低准确性。

感应取电测温[4]采用线圈感应取电,CT感应取电为传感器在取电时,需要一定的启动电流,即当导体电流较小,电能无法取出,传感器停止工作,而接头电流较大则传感器易烧坏,且CT感应取电温度传感器内含整流、电能调理、保护、储能等模块,传感器体积大,在对传感器体积有要求的应用场景中不适用。

声表面波(SAW)测温[5]温度传感器具有无线无源的技术优点,其原理为将声表面波沿着压电材料表面传播,并遇反射栅被反射回后的频率变化量,转化为被测物体的温度。无线无源特性使SAW温度传感器安装后免维护,而且保障了传感器之间足够的电气间隔距离。但目前声表面波温度传感器仍存在体积较大,多传感器间抗干扰能力弱等特性。

RFID测温是近年来出现的微型化无线无源测温技术。RFID温度传感器接收到超高频电磁波信号后获得能量被激活,启动无源数字IC测温电路,并将测温结果发送回数据采集器装置,整个测温过程都通过数字协议通信完成,无线传输,通信链路和温度数据安全稳定可靠。当前RFID温度在线监测的技术特点非常适用于电气设备测温中,温度在线监测提供了一种新的可靠方法。

三、温度在线监测在电力设备运行维护中的应用

各种温度在线监测技术的应用优势不尽相同,因此,在实际设备运行维护工作中建立匹配的技术运行方案,能最大程度上提高运维的效果和水平,全面整合运行流程,维护综合应用的效果。

(一)开关柜维护

对于开关柜进行温度在线监测技术改造,能一定程度上满足提高设备的运行效率,改善传统人工巡检产生的不良问题的需求。值得注意的是,开关柜由于在日常运行中无法打开巡检,因此有强烈需求应用在线测温技术,提升开关柜的安全运维水平。

第一,对电器设备和金属部件的连接位置如动触头等进行在线测温检测分析,若是出现以单个(单相)线夹或接头为中心的发热,且对比其余两相的升温明显(差异在10℃以上),就说明存在接触不良的问题。其中,连接部位温度高于70℃则表明存在危急缺陷。

第二,对电缆接头进行无线无源温度在线监测,若是各分相出现温度绝对值过热或者是相邻两相之间明显的温度差,则说明存在松动、老化、接触不良的问题,进行缺陷巡检后可知,热点温度在70℃以上就说明存在严重缺陷,要落实对应的整改处理方案[4]

(二)隔离开关刀口维护

对于电力设备状态检测工作而言,隔离开关的应用质量和质量维护工作非常关键,因为多数隔离开关都暴露的户外环境,必然会受到周围环境因素的影响,长时间就会增加养护腐蚀的几率,形成表面致密的养护膜,也就增加了接触电阻和表面电阻数值,随之产生温度升高的问题,影响设备的运行质量。

基于此,在实际测量工序中采用温度在线监测技术对其进行准确分析,了解刀口温度较高的异常情况,从而制定对应的处理方案。例如,对隔离开关的转头位置进行测试后发现,以转头为中心出现热像则证明转头存在接触不良和断股的问题。其中,温差在15K以下,说明没有达到缺陷的标准,需要运维人员进行常规观察即可,若是发热点温度升高,在70度以上,则证明出现了严重威胁,要进行实时性故障处理。

需要注意的是,传统的人工操作往往对受力不均匀的状态很难有效进行检测,而借助RFID测温和声表面波测温(SAW)测温技术能形成无接触式测温分析,有效避免刀口接触面不均匀受力的现象。

(三)线夹发热检测

在整个电力系统运行工作体系内,导线设备接触不良、线夹松脱等问题常常出现,这就使得相应元件在运行中出现温度骤升骤降的问题,必然会对后续操作流程产生影响,甚至会制约整体供电工作的安全性和科学性。采用温度在线监测技术能准确对被检测线夹的发热情况予以分析,并且结合实际情况落实相应的故障处理机制,减少隐患问题的留存。例如,对输电导线的连接器耐张线夹或者是并沟线夹等进行设备实时监测,若是以线夹和接头位置出现热偏差(绝对值超过胡三相不平衡),则说明存在接触不良的问题,热点温度在110以上说明存在危急故障缺陷,要立刻制定处理方案并抢修[5]

(四)电力变压器

在电力系统管控体系内,变压器具有非常重要的作用,要想维持其运行的合理性和科学性,就要保证温度参数在一定的数据范围内,借助温度在线技术定期对变压器高、低压接线端子进行测温,并且了解电源终端位置和线圈位置的温度数据,从而避免工作过程中超过允许温度数值[6]

利用温度在线技术能及时检索变压器隐患问题,尤其是减少线圈绝缘性能受损的几率,最大程度上结合检测数据结果实现预防管理工作,为变压器应用效率的全面进步提供保障。

结束语:

总而言之,温度在线技术种类繁多,各有特长。应用是电力系统维护设备运行的重要技术之一,相关部门要结合实际需求匹配对应的技术处理方案,并且从整体提升用电安全性和稳定性,落实更加合理的技术方案和运维体系,及时发现问题后落实对应的处理措施,从而第一时间解决隐患,为电力系统运维综合管控效果的升级奠定坚实基础。

参考文献:

[1]张义华,李爱峰.基于红外测温技术的电力设备热故障在线监测系统的设计[J].科技视界,2018(20):45,17.

[2]李腾飞.红外精确测温技术在电力设备状态检修中的应用[J].高压电器,2020,56(4):246-251.

[3]于海鹰,李琪,索琳,袁晓宁,魏谦.分布式光纤测温技术综述[J].光学仪器2013(5):90-94.

[4]郭昊坤,吴军基.一种新型的可充电式高压感应取电装置[J].电测与仪表,2014(51):86-90.

[5]胡建学,赵俊,何利松,贝伟斌,林毅.基于声表面波技术的高压开关柜温度监测系统[J].压电与声光,2014(36):214-216.

[6]石伟,何学斌.红外成像测温技术在电力设备状态检测中的应用探讨[J].建筑工程技术与设计,2018(25):174.

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