目前现场设备的许多非电气量工况参数无法实时采集或记录,特别是变电设备绝缘监测的问题,平时需专人定时对变电设备进行检测。因此,目前变电站综合自动化技术的应用程度不能满足无人值班变电站实时发现和分析设备潜在缺陷或隐患的需要,还不能满足今后变电设备的管理由巡检为主转为事先分析预测的状态管理的需要。根据统计,在变电设备现场巡检所发现的缺陷中,剔除目前站内综合自动化所能反应的缺陷,与温度相关的设备隐患和缺陷占到了其中的80%以上,因此,对变电设备在线测温检测技术的应用是无人值班技术发展和状态检修的必然要求。实际应用中,应充分结合红外测温成像和分布式光纤测温技术。
l在线测温技术的原理与应用
1.1红外测温成像技术
红外测温技术的原理是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体,每时每刻都辐射出红外
线,同时这种红外线辐射都载有物体的特征信息。变电站中,红外成像检测是进行电力设备在线检测的十分有效的手段,它通过对运行设备进行远距离非接触陛的扫描巡检,能准确发现缺陷部位。通过与其他检测试验方法配合,还能对缺陷的性质和程度做出判断,对于涉及热辐射的所有领域,它是一种理想的无损检测工具。利用红外热像系统直接接收电力设备表面的红外辐射,进而测出设备表面温度及其温度面的分布情况,从而判断设备的运行状况。
利用红外测温成像技术,可对电气设备和线路的热缺陷进行探测,通过对热像及其数据的分析,可及时发现并处理大量肉眼不能或难以发现的设备缺陷。例如,导体连接不良或松动、绝缘不良、绝缘老化、漏磁引起的局部涡流发热、内部受潮和内部元件老化、注油设备的假油位和绝缘子低值或零值等。这对预防事故的发生起到非常关键而有效的作用。典型设备缺陷热成像见图1。
1.2在线分布式光纤测温技术
拉曼散射是基于光在光纤传播时,在反方向产生散射光这以物理现象.光纤测温方式,直接测量的是拉曼散射光中两种成分之比,与绝对值无关.因此光纤随时间老化,光纤损耗加大,仍可保持测温精度。目前有基于拉曼散射技术的温度传感系统ROTDR。其系统结构见图 2
传感器因其不受电磁干扰、不导电、安全防爆、长距离传输等特性,特别适合在消防行业应用。电缆接头发生各类故障,不是一个突发的婪程,而是一个循序渐进,由量变到质变的过程:.开始是由于接触电阻的增加使接头处的温度不断掣高,从而使绝缘不断老化,泄漏电流逐渐增加,萼萄一定程度后就会发生击穿。分布式光纤测粤委甭经常、连续的监视电缆接头处的温度变化鐾学了锯和掌握其运行状态见图3。当发现某个接差温度过高,与环境温度差别较大或变化较快时,擘会发出报警信号,提醒工作人员,从而避免重大故障发生。
2 无人值班变电站配电装置分类及其发展趋势
目前无入值班变电站的配电装置大致分为:户外敞开式电气设备布置,户外GIS、HGIS配电装置,户内敞开式电气设备布置,户内GIS配电装置.户内开关柜配电装置等类型。
国家电力调度中心要求现有的35kv、110kv、220 kV变电站在条件成熟时,逐步实现无人值班、新建变电站应按无人值班方式设计。目前新设计和技改的综合自动化变电站已普遍采用五遥技术。随着电网的发展,对供电可靠性和电网异常、事故时的应急响应和处理速度的要警不断提高,要处理各类纷繁复杂的信息、解决人力不能超越的问题就必须深化并保证信息的采集和处理。无人值班模式向更高电压等级的变电站发展成为必然趋势,目前,国内有些城市已经实现了500kv变电站的无人或少人值班。在现有站内综合自动化信息检测的基础上,为保证设备可靠性和安全性的需要,随着技术的发展,设备信息采集的深度和广度将更为深入,设备在线检测技术将广泛运用。
3在线测温技术在无人值班变电站的应用
3.1 系统结构
红外测温成像技术和分布式光纤测温技术在
变电站应用中具有互补性。前者侧重于变电站设备,后者侧重于电缆。因此,基于在线测温技术的变电站监控系统应综合这两种技术。 [p]
(1)基于红外测温成像技术的系统结构
该系统主要由前端变电站,电力专用网,监控中心,集控中心4部分组成。其中,前端变电站的监控前端变电站设备主要有高清网络型硬盘录像机,在线式红外热成像仪、各类摄像头,传感报警探测设备等组成。传输网络采用已有的电力专网。监控中心主要由各类服务器、工作站、存储设备、电视墙及软件平台组成。监控中心分为调度所集控中心和公司监控中心。集控中心主要负责管理所辖前端各个变电站,相应权限由公司监控中心的管理服务器统一分配。根据实际情况选择集中录像或者将视频信号解码输出至电视墙。操作人员通过监控平台进行远程监控、测温分析、调度、录像、报警等一系列功能。监控中心具有用户管理、数据配置、数据转发、设备运行状态、告警、事件、日志纪录、实时热像、图像监控、报警、控制功能、录像管理。通过权限控制的方式可实现无级监控。系统结构见图4。
(2)基于分布式光纤测温成像技术的系统结构
该系统由温度传感光纤、后端处理器2部分组成。当温度场信息,通过传感光纤本身传回后端仪表后,通过一台IPC就可以获取现场的温度分布情况.如果发生异常,IPC机就可以向现场工作区域发出分级的告警信息,同时向上级系统作出汇报。温度传感光纤结构见图5。
3.2可行性
(1)技术可行性
在线式红外成像测温是以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断,它具有不停运、不接触、远距离、快速、直观地对设备的热状态进行成像。由于设备的热像图是设备运行状态下热状态及其温度分布的真实描写,而电力设备在运行状态下的热分布正常与否是判断设备状态良好与否的一个重要特征,因而。采用在线式红外成像测温可以通过对设备热像图的分析来诊断设备的状态及其隐患缺陷。
对于光纤测温技术,变电站的电缆层虽然有感烟感温探测极井装置,但是都是被动式的。另外,对现在的电缆层和电缆沟没有有效的测温手段。特别是去年浙江500 kV河姆渡站站用电层起火造成了全站停电后,对站用动力及控制电缆的前期监测的重要性尤为突出。户内小车开关配电装置对其柜内的开关、流变、接头等无法用红外测温成像来检测。曾试用感温光缆的测温法同其原理技术及产品质量的问题效果不理想。而新型分布式光纤测温能适合上述场所的温度监测要求,填补以往在这类设备区域温度监测的技术盲点。
(2)经济可行性
在线式红外成像测温的相关设备价格确实不菲,但是如果一旦这个监控系统成立并实现的话,可更好地实现变电站的无人值班,对减少事故,提高用电质量,创造经济效益有很大的帮助。电缆沟或隧道里一旦发生火灾等,将殃及同沟及上层电缆,轻则影响部分回路,重则波及全站。而事故一旦发生,以后维修、恢复故障难度大、周期长。开关柜内也存在因设备过热而引起的故障。采用分布式光纤测温可控制电缆层、电缆沟电缆及开关柜等的温度监测,确保安全生产,减少因故障带来的经济损失。
(3)适用范围
在线红外测温成像监视系统运用在户外敞开式电气设备布置,户内敞开式电气设备布置时,具有良好的效果。分布式光纤测温技术则适用于户内、小车开关柜配电装置的电缆沟、电缆层的测温在线控制。
4两种测温技术的系统特点
集成先进的红外热成像设备,对变电设备的热故障进行红外热像监控,即时发现故障隐患。
全网数字化,采用高清硬盘录像机,提供端到端的高清晰动态图像,实现所见即所得。实现数据的分布部署,兼顾了本地存储和集中存储,集中管理和综合利用,重要的图像进行集中备份。分布式光纤测温技术实现了最大空间分辨率lm的分布式温度测量。根据现场情况,应用各种特定的敷设方式,可以避免监测点选择的主观臆断,能够对结构整体情况进行监测。测量的单一性、温度测量结果与应力、压力、损耗等参数无关,在工作环境恶劣的混凝土内部仍然可以正常工作。最长距离可达30 km。敷设简单,无论使用单模或多模光纤,根据具体工程情况,可以找到适合的光纤和敷设方案。测温范围大,利用最新的光纤制造技术,温度测量范围在一200%~l 000℃之间可选。
5结语
无人值班变电站的大规模推广和状态检修的逐步实用化,对在线测温检测技术提出了新要求。分析比较了红外测温成像和分布式光纤测温技术,并提出一种基于在线测温技术的变电站的智能化管理,并有助于提高电网的安全运行水平,推动企业的科技创新。
参考文献:
[1] 王振伟,变电站运行管理模式优化探讨[J]华东电力,2008,369(10).