變電站電氣設備溫度監控的應用研究

摘要：電力在目前的能源供應結構里所占的比例越來越高，電力的正常持續供應對社會正常生活秩序的影響程度不斷增強，因而對供電設備的可靠性的要求也越來越高。電力系統中的關鍵電氣設施的安全運行是電力系統的有效保障，為了有效防范供電系統因溫升引發的停電、火災事故，要根據變電站里不同類型的設備實施有針對性地溫度監控措施。

關鍵詞：變電站；電力設備；溫度監控

1. 變電站電氣設備溫度監控的目的

變電站電氣設備溫度監控的目的是要保證溫度監控裝置的電子元器件及整個設備能安全正常地工作在規定的熱環境下。正確選擇冷卻方法，對提高溫度監控裝置的熱可靠性至關重要。做好溫度監控裝置的溫度控制，可以提高溫度監控裝置的運行可靠性，減少設備故障率，防范設備在惡劣的熱環境下因工作時內部熱量的積聚無法控制而減少設備壽命，為電力設備的長期安全運行提供可靠保障。若不進行合理的熱控制，必將影響測控裝置在運行中電子元器件的熱可靠性和穩定性。在控制溫度監控裝置的運行溫度的同時，還可以及時監測裝置的運行環境，掌握裝置的運行狀態，也為開展繼電保護設備狀態檢修提供溫度監控裝置靜態運行的狀態資料。

在電網的日益擴大過程中，變電站內的設備如隔離開關觸頭、母線排過渡點、電力電纜進出線因接頭接觸不良引起發熱時，會造成接頭處絕緣老化引發事故。在實際運行過程中，絕緣劣化故障的漸變過程也同時伴隨著故障點異常發熱，具體表現為故障點溫度異常升高。通過測量設備隔離開關觸頭以及電纜終端接頭的溫度來監測設備的運行狀態，對于保證電力系統的正常運行，提高運行可靠性和自動化程度具有非常重要的意義。

2.變電站電氣設備溫度監控意義

電力系統溫度監控裝置內部包含了液晶元件、半導體集成電路器件等電子部件。通常，電子器件只能被動適應環境溫度，有一定的允許運行環境溫度范圍，商用半導體器件的結溫極限約為。工作期間結溫越低，器件的可靠性就越高。過高的運行環境溫度對電子器件工作穩定性降低有很大影響。研究表明溫度增加后，會出現材料軟化、化學分解和老化、設備過熱等問題。溫度過高會造成絕緣性能下降，機械強度降低，接觸電阻增加的情況，使電子設備的可靠性大大降低。據統計，電子元件的溫度在正常工作溫度水平上降低其故障可減少，若增加—，則故障率提高。據統計，電子設備的失效率有是因為溫度超過規定值引起的。

在變電站，母排、隔離幵關、高壓開關柜、斷路器、電纜之間一般都采用插頭連接、這些一次設備長期運行過程中，線夾頭以及連接插頭等部位容易因制造、運輸、安裝不良及老化引起接觸電阻過大而發熱，如果這些發熱部位的溫度無法監測，得不到及時檢修，則最終會可能發生觸頭升溫過高甚至導致燒毀設備的火災事故發生。近年來，在很多變電站都發生過刀闡和電纜頭過熱事故，造成火災和大面積停電事故。一旦出現故障停電，首先給人民群眾生活帶來不便，干擾了企業的正常生產經營；其次給供電公司造成較大損失；再者變電站內幵關柜、母排、電纜的分接頭眾多，呈網狀及封閉結構，查找故障隱患非常困難，會浪費大量的人力，物力。

3.當前國電氣設備的溫度監控研究現狀

當前國內的綜合自動化系統主要采用分布和集中相結合的結構，配電線路的保護裝置和測控單元分散安裝在開關柜內，高壓線路保護和主變壓器保護裝置則采用集中組屏的形式。溫度監控裝置是通過電子器件實現其自動控制功能的，因而對工作溫度有較高要求。目前我國主流的溫度監控裝置均無單獨對裝置自身的溫度控制進行設計通常的做法是在產品開發周期的初始設計階段選用具有良好耐熱特性的元器件，并不讓元器件工作在技術參數的極限值附近；為一些溫度過高的芯片增加散熱器或者在溫度過高的區域利用殼體表面來散熱。從實際應用情況來看，由于抗電磁干擾、裝置防塵、提高機械強度等方面的考慮，許多裝置已不在殼體上開有散熱孔，而釆用全密閉殼體。由于電源及裝在殼體內的電子設備會產生物理熱，元件密封在狹小空間內，對散熱極為不利。尤其是開關柜的驅潮加熱器投入運行后，更增加了安裝在其上面的溫度監控裝置的運行環境溫度，無法保障裝置的運行環境溫度。

電力系統實際運行經驗表明，溫度監控裝置長期在溫度較高的工作環境下運行，將會加快元器件老化，極易造成元件熱穩定性不良，含有液晶屏的人機對話接口界面損壞，與保護管理機通訊中斷等嚴重故障，由于溫度的影響，誤啟動、程序紊亂、死機和波形丟失等問題在這些微機保護裝置中還時有發生。因此必須從運行實際出發，對溫度監控裝置的運行溫度采取控制措施，以使微機溫度監控裝置更加完善。

4.基于無線傳感器網絡溫度監控的應用研究

在電力系統里，隨著微電子技術、計算機技術和通信技術的發展，以微機型溫度監控裝置為代表的二次設備的廣泛應用使得我們對變電站的遠程監視和控制能力有了較大的進步，并實現了變電站的無人值守，變電站綜合自動化技術也得到了迅速的發展。利用現代計算機技術、通信技術制造的溫度監控裝置可以實現信息共享。它通過采用分散分布式安裝，利用現場總線與保護管理機交換信息，能簡化系統、節約控制電纜并減少占地面積。

無線傳感器網絡綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術和無線通信技術。實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并對其進行處理，傳送到用戶。傳感器網絡具有分布式處理系統的高監測精度、高容錯性、覆蓋區域大，可遠程遙測遙控、自組織多跳路由。一個典型的傳感器網絡包括傳感器節點、匯接節點、處理中心和外部網絡。大量傳感器節點隨機部署在感知區域內部或附近，能夠通過自組織方式構成網絡。傳感器節點將采集到的數據傳輸到網關，網關接收管理中心和用戶發送的各種控制命令，并將控制命令發往執行機構執行。基于傳感器網絡構建變電站內電力設備溫度在線監測系統，可確定電力設備的過熱程度，當發生超溫時，系統能夠發出報警指示。基于傳感器網絡的變電站電力設備溫度在線監測系統相對于傳統的溫度監測系統具有以下優勢：

1）傳感器網絡可以迅速地搭建一個基于不同保護方案的應用平臺。針對不同的應用場景，可以配置不同的傳感器節點，感知不同的數據信息。同時傳感器網絡具有自組織性、動態性，不需要添加更多的設施。

2）傳感器網絡的自組織性和大規模性，使得傳感器更加適合于分布式測量與處理。

3）傳感器網絡中的節點高度集成了數據采集、數據處理和通信等功能，大大簡化了設備裝置，同時，由于是無線通信模式，不需要復雜的通信線路的布線，具有更大的性價比。

4）實現了真正意義上的實時在線監測。

5.結語

無線傳感器網絡溫度監控投入運行后，通過對電力設備進行在線實時溫度監測，實現故障的早期預測，防患于未然；而當發生故障時，提供報警并準確確定故障點位置；可及時發現變電站電力設備故障隱患，指導檢修工作，為設備的維修提供決策依據，實現狀態檢修。這將在變電站電力設備監測中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]楊澤平等，電氣設備溫度監控與保護系統的應用研究，自動化技術與應用，2014

[2]李星蓉等，一種新的變電站電力設備溫度監測系統，電力信息化，2011

[3]羅毅，變電站電氣設備溫度監控的應用研究，廣西大學碩士論文，2013