无线测温系统在煤矿高压电气设备中的应用

2024-04-09 | no responses | 81

摘要:随着社会经济的不断发展，电力系统正朝着高电压、大容量的方向发展。电力系统新技术、新设备层出不穷，输电能力持续提升。然而，高压电气设备所承载的高压电力负荷也使其自身的温升成为威胁电网稳定的罪魁祸首。设备温度已成为当前电网中输电设备稳定运行的重要参数。基于高压电气设备温升的原因，分析了无线测温系统的结构和应用，分析了其应用的优缺点，并提供了应用实例，为我国电力系统的稳定运行和发展提供参考。

关键词:无线温度测量系统；高压电气设备；优点和缺点

我国电力系统中的高压电气设备有多种连接点，如隔离开关接头、母线节点等。由于制造或安全过程中的质量问题，许多设备将存在接触不良问题，并且在使用过程中会产生较大的电阻，从而导致温升问题。

1.高压电气设备温升的原因

测温系统的应用离不开对温升问题原因的分析。首先是高压电气设备本身的质量和安装问题，尤其是在设备螺栓的连接处。连接点是否符合标准，密封性是否符合标准都会影响电阻的强度。许多设备连接在安装过程中会出现不平整和粗糙的问题。研磨不充分还会导致电阻增加和接触不良，从而影响设备的使用并使温升问题明显。第二，高压电气设备在运输过程中保护不慎会造成颠簸，导致连接点或关键部件变形，从而导致接触不良。第三，高压电气设备的金属表面本身就容易发生腐蚀或氧化反应，设备表面出现问题也会影响设备的接触。一些电气设备的恶劣工作环境，如高温、雨、雪和强风，会加速设备本身的老化，造成严重的温升问题。第四，外部因素影响设备连接处的接触不良。许多设备操作现场相对复杂，设备安装、使用和维护等各个环节也容易出错，导致许多电缆连接器和隔离开关接触不良，并出现严重的温升问题。五是设备长期处于高负荷压力下。高压电设备本身承载着高压电的传输和应用。一旦电流过大，超过设备的承载能力，再加上电流本身的热效应，设备的温度就会迅速升高。

在实际设备运行中，上述五个问题会出现在断路器、连接器、电缆接头、套管和母线等的接头处。这些区域有许多故障，容易出现温升问题。在日常检查和维护中，工作人员应重点检查和维护。在设备的检查过程中，设备的温度测量不仅可以掌握设备在使用过程中的状态，还可以及时检测因接触不良或负载过大而产生的过多热量。在带电状态下，由于电流和热量的影响，内部温度高于外界温度是正常的，但由于设备本身故障或负载过大而导致的热量变化需要密切监控。这种温升问题会加剧设备的老化，从而降低设备的寿命，甚至可能导致设备烧毁。因此，将温度测量系统应用于高压电气设备是非常必要的。

在中国，高压电力设备使用最多的测温方法是温度显示蜡片法、红外测温法、光纤测温法和无线测温系统。温度显示方式和红外测温仪都是人工操作，无法实时采集数据。通过光纤测量，可以获得实时测量结果。然而，在高低压情况下，它无法完全隔离环境因素，无法满足电气仪表规范对高压仪表的要求。此外，当安装在机柜中时，由于光纤不耐高温和布线困难等问题，其安装也存在很大障碍。现有的无线测温技术主要依靠当前的无线传输方式来克服一次回路和二次回路的连接和附着问题，从而提高高压电力使用的安全性。

2.无线测温系统结构及设备应用分析

无线测温系统的组成可分为温度传感器部分和温度监测结果显示与分析部分，以及系统的硬件和软件。图1所示高压电力设备无线测温系统的结构通常在开关柜、电缆接头、熔断器等连接处安装温度传感器。为了确保测量的准确性，传感器通常与测试对象处于相同的电压位置，然后使用无线技术传输和显示收集的信号。为确保测温安全，对高低压工作部位进行绝缘处理，防止漏电等事故发生。通常，在工作设备的外表面上提供多个通道，用于多个位置的实时监控和数据处理。然后接收器接收到的数据通过串行或并行端口传输到计算机，并由预编程的程序进行分析和处理。

图1高压电力设备无线测温系统结构示意图

2.1温度传感器

温度传感器的功能是将温度信号转换为电信号。通常使用Pt100热电偶仪表，其测量精度可以达到0.1摄氏度。还可以使用零通量微型电流传感器，这也具有很高的应用价值。从技术上讲，磁传感器选用低损耗坡莫合金作为铁芯，并采用特殊的负压技术和保护手段实现对铁芯的自动补偿，使铁芯处于零磁通的理想工作状态。除了温度测量装置之外，无线温度传感器还包括电源、测量电路、逻辑控制电路和特定频率的无线电通信电路。为了适应更高的工作条件，一般将其封装在高温、高压的热缩管中，并具有一定的防水和防尘性能，以确保长期使用。由于无线测温设备的工作区域通常较小，因此应尽可能减小其尺寸以满足使用时的工作条件。当使用温度传感器时，可以使用耐热胶合线或胶合技术将热敏元件与物体表面结合在一起，但应注意保持接触点靠近以减少测量误差。无线温度传感器应该具有宽的线性工作范围。通常选用-55~130摄氏度的感温元件，根据各种工况下的测量精度和测量误差要求选择温度传感器。

2.2无线温度探测器

无线温度探测器系统具有多个接收通道，可以实时处理和显示多个不同的测量点。无线温度探测器具有判断和故障处理功能。工作人员事先设定安全区域，无线温度检测器将收集到的信息与设定的阈值进行比较。如果温度超过阈值，它将进入故障处理模块并输出警告文本，并输出一组高低电平以启动报警信号和声音。除了基本的检测和报警功能外，无线温度探测器还具有传输信息的能力。它可以通过数据线或串行/并行端口通信芯片连接到计算机，员工可以实时监控多个开关和接触部件，并控制其运行状态，以便及时发现存在的安全问题。

2.3实时温度监控系统

与上述传感器、探测器等硬件设施相比，实时温度监测系统更倾向于无线测温系统中的软件系统。实时温度监测系统集成了整体无线测温硬件运算、数据处理、信号采集等功能。它通过客户端界面与员工交流，并上传和发布指令。为了减轻操作人员的劳动强度，技术工人开发了满足上述描述的实时温度监控系统，以便对硬件部分的温度测量结果进行分析和处理。实时温度监控系统具有温度显示、数据存储、历史数据分析比较、故障预警、故障分析、设备运行状态分析等功能。它可以集成和补充硬件部分的功能。在实时温度监测系统的设计中，对于冗余的数据处理工作可以采用一些模块化的设计方法，将各个模块单元按照功能进行分解，并对数据进行分类存储和处理。这种模块化设计方法可以使实时温度监测系统具有更高的适用性和安全性。实时温度监测系统可以辅助技术工人收集、提取、对比和分析大量数据，并可以根据不同设备的不同温度实时报告各种异常情况，以确保各种设备的正常运行。同时，实时温度监测系统还具有良好的数学运算和可视化性能，可以将某一时段的数据显示为图表并对数据进行标记，以方便后期维护。

3.无线测温系统应用于高压电气设备的优缺点

3.1无线测温系统应用于电气设备的技术优势

随着科技的进步，无线测温系统经历了无数次升级更新，性能越来越强，温度监测也越来越准确。当前电力建设对无线测温系统的实时性和准确性要求越来越高，尤其是对高压电气设备。无线测温系统也随着高压电气设备的应用而不断调整。在信号接收方面，无线测温系统基于高压电气设备的特性扩展了更高的信号频率，具有良好的稳定性，不易受外界因素干扰。信号传输采用无线通信技术，相对简单、能耗低、成本低，可根据接收到的数据进行分析处理，不受天气条件限制，可实时监测仪器的工作状态。可以实时监控仪器的温度，避免漏检。同时，可以根据用户的需求设置设备的超温报警，并通过声音和信号提醒操作人员具体的设备位置。

3.2无线测温系统在电气设备中的应用不足

利用无线测温系统对高压电气设备进行测温，减轻了变电站运行人员的巡检工作强度，同时提高了设备的安全性能。然而，无线测温系统在实际使用中也存在一定的不足。首先，无线测温系统是一种有源技术，需要内置电池供电。当电池耗尽时，无线测温系统将自动关闭，工作人员无法看到设备的温度，只能通过断开线路更换电池来恢复连接，这样一来，变电站的倒闸操作和非计划停电次数大大增加。为了解决这个问题，我们可以改进技术，将内置电池替换为无源电源，并使用定点电流产生的电磁波作为电源，使整个系统的可靠性得到了提高。其次，电源装置的一些温度控制指示器在实际应用中经常失效。初步判断无线测温传感器电池电量不足。断电更换无线测温传感器后，该现象依然存在。在这种情况下，需要对现场进行检测，调试接收端的安装，缩短测温点与无线测温系统之间的距离，避免这种情况的发生。此外无线温度监控装置凭借自身的主动技术无法替代电池。如果它检测到电池电量不足，则必须更换无线传感器。这不仅会增加仪器的维护成本，还会造成设备的资源消耗。

4.无线测温系统应用实例

与国外无线测温系统技术相比，国内测温技术的发展相对滞后，但由于近年来国内行业的不断重视，该领域的投入、人力和物力都有所提高。在电力行业中，有许多辅助设备装置，尤其是用于电力运行的监控设备。即当线路运行到一定负荷或高温时，装置会自动停止供电，避免事故发生。这些实用的新产品多用于高压电气设备，其接口是预装的，无法更换。虽然它会在一定程度上减少电阻的产生，但由于长时间工作很容易导致故障，这将增加设备本身的电阻并增加运行过程中的热量。长期如此，很容易引发安全事故，危害人民群众的人身和财产健康。针对这种情况，国内一些公司已将无线测温技术应用于电力生产。随着这项技术的普及，它现在不仅广泛应用于电力行业，还广泛应用于其他存在温升问题的行业。

5.应用场景

本发明适用于高低压开关柜、断路器触头、刀闸、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流设备中电缆接头的温度监测。它可以防止运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素导致的接触电阻过大和发热造成的安全隐患，从而提高设备安全性，及时、连续、准确地反映设备运行状态，降低设备事故率。

6.系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元、通信层的边缘计算网关、站控层的测温系统主机组成，实现对变配电系统关键电气部分的在线温度监测。

名字	出现	类型	参数描述
系统配置软件		acrel-2000/吨	硬件:内存4G，硬盘500G，以太网口。显示屏:21英寸，分辨率为1280*1024。操作系统:Windows7 64位简体中文旗舰版。数据库系统:微软SQL Server 2008 R2版。通信协议:IEC 60870-5-103、IEC60870-5-104、Modbus RTU、Modbus TCP等国际标准通信协议
智能通信管理机		Anet-2E4SM	通用网关、双向网络端口、4路RS485、可选的单向LORA、直播报警功能，支持485、4G从模块扩展
无线测温集中采集设备		丙烯腈-2000吨/年	壁装式的一个标准485接口，一个以太网端口内置蜂鸣器警报机柜尺寸480420200（单位mm）
无线测温集中采集设备		acrel-2000吨/桶	硬件:内存4G，硬盘128G，以太网端口显示器:12英寸，分辨率800600 操作系统:Windows7 数据库系统:微软SQL Server 2008 R2版可选网络平台/应用服务器橱柜尺寸为480420*200（单位:毫米）
显示终端		ATP007/ ATP010	DC24V电源；单向上行RS485接口；单向下行RS485接口；接收20台ATC200/1台ATC400/ 1台ATC450-C
		ARTM Pn	面框96 * 96 * 17毫米，深度65毫米；孔径92 * 92毫米； AC85-265V或DC100-300V电源；单向上行RS485接口，Modbus协议；接收60件ATE100/200/300/400；匹配ATC200/300/450。
		ASD320/ ASD300	面框237.5 * 177.5 * 15.3毫米，深度67毫米；孔径220 * 165毫米； AC85-265V或DC100-300V电源；单向上行RS485接口，Modbus协议；接收12台ate 100/200/300/400；匹配ATC200/300/450
智能温度检测仪		ARTM八号	孔径88*88mm嵌入式安装； AC85-265V或DC100-300V电源；单向上行RS485接口，Modbus协议；可连接8路PT100传感器，适用于低压开关设备电触点、变压器绕组、点击绕组等的温度测量。；
智能温度检测仪		ARTM-24	35mm din导轨安装； AC85-265V或DC100-300V电源；单向上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100，1路温湿度测量，2路继电器报警输出，用于低压电气触点、变压器绕组、点击绕组等处的温度测量；
无线收发器		ATC450-C	接收60台ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/的数据 ATE100P/ATE200P传感器
无线收发器		ATC600	ATC600有两种规格: ATC600-C可以接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/的数据 ATE100P/ATE200P传感器。 ATC600-Z确实中继透明传输。
电池式无线温度传感器		ATE100M米	电池供电，使用寿命≥ 5年；-50摄氏度~+125摄氏度；精度±1°C；470兆赫，开启距离150米；32.4 * 32.4 * 16毫米（长宽高）
		ATE200	电池供电，使用寿命≥ 5年；-50摄氏度~+125摄氏度；精度±1°C；470兆赫，开启距离150米；35 * 35 * 17毫米，L = 330mm毫米（长宽高，三色表带）。
		ATE200P	电池供电，使用寿命≥ 5年；-50摄氏度~+125摄氏度；精度±1°C；470兆赫，开启距离150米，防护等级IP6835 * 35 * 17毫米，L = 330mm毫米（长宽高，三色表带）。
CT取电无线温度传感器		ATE400	CT感应电源，启动电流≥5A；-50℃~+125℃;精度1℃；470MHz，开启距离150米；固定合金片、电源；三色外壳； 25.82 * 20.42 * 12.8毫米（长宽高）。
有线温度传感器		PT100	用于低压触点温度测量时，请联系供应商了解具体封装、精度、导线系统、导线材料和导线长度；当用于变压器和电机绕组的温度测量时，建议将Pt100预埋在变压器或电机内部
有线温度传感器		通告/知（notice的简写）	用于低压触点温度测量时，请联系供应商了解具体封装、精度、导线系统、导线材料和导线长度；当用于变压器和电机绕组温度测量时，建议变压器或电机预埋