隔離刀閘無線測溫系統在水電站的應用

李　陽,李孟東

(四川華能寶興河水電有限責任公司,四川省雅安市　625000)

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隔離刀閘無線測溫系統在水電站的應用

李陽,李孟東

(四川華能寶興河水電有限責任公司,四川省雅安市625000)

水電站機組出口隔離刀閘溫度，由于內部空間狹小，并具有裸露高壓，依靠大量人力進行檢測有一定的局限性，自動化程度不高。文章針對隔離刀閘刀口溫度監視較難實施的問題，在小關子水電站采用無線測溫裝置，將信號接入監控系統，在線監測設備多點的溫度，對任一接點的溫度越限及時報警，防止事故發生。對于水電站重要部位溫度監視的同類問題有一定的借鑒作用。

隔離刀閘；溫度監視；無線測溫；監控系統

1　問題提出

水電站一次系統存在大量的連接點，如隔離刀閘等，這些連接點因各種原因存在或大或小的接觸電阻，如隔離刀閘刀口。如果隔離刀閘鎖緊機構或頂桿動作不到位，造成接觸點溫度升高，在運行過程中這些連接點因機械振動、過熱氧化、膨脹松弛、表面腐蝕等原因使接觸電阻進一步增大，導致連接點局部發熱甚至電弧放電，最終導致電氣設備損壞、停電、火災或者爆炸等事故，嚴重威脅著電網的經濟、安全運行。

2009年11月11日 17時36分，寶興水電站2B主變1號保護屏差動保護動作，2B、3B主變2號保護屏差動保護動作,事故發生后經檢查發現2F機組出口隔離刀閘(型號GN22-18/4000A)G21 A相觸頭定位彈簧燒斷。原因系A相動靜觸頭間存在間隙，動觸頭沒有完全壓緊靜觸頭，導致回路電阻增大，引起機組在額定電流下A相觸頭定位彈簧燒斷，并產生飛弧，導致2B主變差動保護動作。

在生產中，因電氣設備連接點過熱造成的事故，占整體電氣事故的很大比例，如不能及時發現，這種事故隱患將給安全供電帶來極大的威脅。為及時發現隱患、避免事故的發生，必須要對電氣設備各連接點實施溫度在線實時監測和智能報警。

2　工程應用

小關子水電站位于四川省寶興縣寶興河主源東河上，是寶興河流域梯級開發自上而下的第4個梯級電站。電站裝設4臺40 MW混流式水輪發電機組，總裝機容量為160 MW，水頭范圍為304～345 m。主接線采用“2機1變”為擴大單元接線方式。2臺主變容量均為90 MVA。機組出口電壓為10.5 kV,由主變升壓至220 kV后經1回220 kV小臨線并入系統。

為小關子水電站安全生產，先對隔離刀閘做紅外成像，檢查隔刀在正常運行時的溫度分布，如圖1所示。

圖1　機組隔刀紅外成像圖

在隔刀紅外成像整個分布圖中，隔離刀閘刀口由于接觸電阻的原因，刀口結合處溫度達到63.3 ℃，比圖1方框內其他部位明顯較高，為盡早發現結合部位異常，避免由于隔刀動靜觸頭未緊密結合導致事故，根據溫度分布圖，需要監視隔刀上、下刀口[1]。

由于監視部位特殊，常規的紅外槍不能實現實時監測，隔刀電壓高達10.5 kV,內部空間有限，安裝監測裝置需要考慮絕緣耐壓性、防污閃、實時監測報警能力、系統穩定性、高可靠性、安全距離、感應電壓等因素[2]。

經調研特采用無線測溫系統，在A、B、C三相共增加6只測溫探頭[3]。由于經濟原因，不采用設備自帶后臺軟件，而是接入監控系統。具體安裝位置如圖2所示。

2.1無線探頭的主要功能

(1) 采集刀口的溫度，安裝在刀口，不影響過流部件及絕緣耐壓[4]；

(2) 通過無線方式把采集的溫度數據以及相關信息發送到數據轉發器[5]；

圖2　下刀口無線探頭安裝位置圖

(3) 無線射頻功率，根據通信質量自適應調整，也可由后臺設置，使得無線測溫傳感器在保證通信效果的前提下最大限度降低功耗、延長電池使用壽命(也有自動充電的，小關子水電站暫時用的帶電池的)[6]；

(4) 可設定溫度偏差和最大時間間隔觸發通信，使得無線測溫傳感器在保證測溫效果的前提下最大限度降低功耗、延長電池使用壽命[7]；

(5) 采用無線方式，無安全距離、絕緣的考慮，安裝方便；自適應通信，即裝即用。

圖3　安裝測溫探頭后的隔刀溫度圖

為觀察測溫探頭對原溫度分布的影響，特進行了紅外成像，如圖3所示，探頭的安裝并未對隔刀的溫度分布產生影響，安裝后耐壓試驗數據正常。

測溫探頭安裝后，在斷路器柜上，將無線轉發裝置安置在接收信號較好的位置，并通過屏蔽的485通信電纜(屏蔽層在LCU側單端接地)[8]，與機組LCU的232/485轉換器相連[9]。機組LCU通過C10下的串口卡2541與232/485轉換器相連，同時與LCU串口通信的設備還有調速器、勵磁、振擺。網絡通信如圖4[10]。

圖4　網絡通信圖

2.2轉發器的主要功能

(1) 無線部分：采用無線方式接收多個無線溫度傳感器的實時溫度數據以及相關信息，433 MHz(免費開放頻段)；

(2) 有線部分：采用RS-485方式將無線接收的數據有線轉送到機組LCU[11]；

(3) 就地實時顯示溫度值、告警限值、告警狀態、信號強度等。

3　設備調試

安裝完成后，設置轉發器，用電腦串口連接轉發裝置，用軟件搜索測溫探頭，編輯地址，設置寄存器，并通過刷機軟件，將有線通信協議(小關子水電站采用MODBUS_RTU)、通信設置、MODBUS站號刷至轉發設備，配置探頭參數。

同時，機組LCU，在拓撲結構中增加轉發器站號4，并設置通信出口為C10下的2541，串口設置應與轉發器一致，增加讀取數據功能碼及讀取的寄存器(注意偏移地址及高地字節)。

小關子水電站監控系統上位機采用安德里茨公司SAT250系統，該上位機具有很好的歷史數據存儲、曲線展示、越限報警，報警觸發機制良好。上位機設置中，增加6個數據點，并設置越限報警，溫度數據歷史存儲按1 min存儲1次，并在畫面中將數據點做出來，方便監視。

因小關子水電站采用“無人值班，少人值守”方式，平時中控室并沒有人員監盤，所以同時將溫度數據送至寶興河集控，寶興河集控上位機采用ABB公司的microscada9.1.5系統，并在集控上位機采用相同報警存儲設置。

4　結　語

小關子水電站隔離刀閘安裝無線測溫裝置以來，很好地監視了隔離刀閘的溫度，對防止因隔離刀閘刀口過熱導致的電氣設備損壞、停電、火災或者爆炸等事故，有很好的預警作用。推薦采用無線測溫裝置對隔離刀閘等連接點溫度監視。

[1]王茂軍.高壓母線無線測溫系統的設計[D].沈陽：沈陽工業大學，2007.

[2]彭云.10kV高壓開關柜無線測溫技術的研究與應用[D].廣州：華南理工大學，2010.

[3]徐穎敏.智能化變電站10kV高壓開關柜在線測溫技術研究[J].機電信息,2013(09):93-93.

[4]華能集團公司.華能水力發電廠絕緣技術監督標準：Q-HB/J-08.L13-2009[S].華能集團公司，2010.

[5]徐波，楊帆.高壓開關柜無線測溫系統的研究[J].電測與儀表，2012(10)：91-95.

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[7]余海濤.高壓變電站無線自動測溫控制系統研究[D].天津：天津大學，2007.

[8]中國工程建設標準化協會電氣工程委員會.工業計算機監控系統抗干擾技術規范:CECS 81-1996[S].1996.

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[10]趙珍珍.高壓開關柜無線測溫在線監測系統軟件設計[D].濟南：山東大學，2013.

[11]電力系統控制及其通信數據和通信安全: DL/Z981-2005/IECTR6210:2003 [S].2005.

Application of Wireless Temperature Measurement System for Isolating Blade in Hydropower Project

LI Yang, LI Mengdong

(Sichuan Huaneng Baoxing River Hydropower Co., Ltd, Ya'an, Sichuan625000,China)

It is limited for manpower in a large quantity to inspect temperature of the isolating blade at the unit outlet because where there is a narrow space and the naked high voltage. Therefore, the automation is not high in degree. Aiming at the difficulty in the temperature measurement, the wireless temperature measurement device is applied in Xiaoguanzi Hydropower Station. The signal is integrated into the monitoring system, temperature at multiple points of equipment is monitored online. Alarm is triggered if temperature at any point exceeds limit to avoid accident occurrence. This may be referred similarly to temperature measurement at key points of hydropower projects.Key words:isolating blade; temperature monitoring; wireless temperature measurement; monitoring system

1006—2610(2016)04—0061—03

2016-02-27

李陽(1983- )，男，四川省營山縣人，工程師，主要從事水電站自動化、二次相關工作.

TV735

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.04.016