1377441640813774416408
摘要：溫度是變壓器運行狀態的關(guan) 鍵參數之一，對變壓器溫度進行實時監測可防止事故發生，保障變壓器設備安全穩定運行。本文提出一種無源無線測溫裝置，首先對該裝置的理論基礎進行闡述，包括溫差發電理論和阻抗匹配推導過程，並對無線信號發射器的可靠性進行測試；然後對該裝置的工作原理進行介紹；將該裝置應用於(yu) 河南某變電站的一台220kV變壓器上，驗證了該測溫裝置的實用性。結果表明，該裝置的天線在433MHz工作頻率下性能優(you) 良，並能夠長期、安全監測變壓器的溫度變化，避免因變壓器運行溫度過高引起變壓器安全隱患，為(wei) 變壓器的安全運行提供技術保障。
關(guan) 鍵詞：無線測溫裝置；變壓器；測溫傳(chuan) 感器；無線溫度傳(chuan) 感器；溫度傳(chuan) 感器
一、引言
隨著電力行業(ye) 規模的快速發展，用電需求量也在持續上升，電力變壓器不斷在向大容量、高電壓方向發展。變壓器作為(wei) 電力係統中的重要電力設備，運行的安全可靠性將會(hui) 對電網的供電質量產(chan) 生直接影響。電力變壓器故障主要有熱性故障和電性故障，其中過熱故障占總故障台數的63%左右。因此，實施對變壓器溫度在線監測對保證變壓器的安全穩定運行具有重要意義(yi) 。
從(cong) 總體(ti) 上看，可將當前的測溫方式分為(wei) 定期檢測和實時在線測溫兩(liang) 種。其中，定期檢測的方式主要有紅外檢測儀(yi) 方式和通過預防性試驗的停電測溫方式兩(liang) 種，這兩(liang) 種方式均存在測溫工作量大、效率低、不能實時檢測溫度的問題。
從(cong) 取電方式上看，可將在線測溫方式主要分為(wei) 有源測溫和無源測溫兩(liang) 種。其中：有源測溫方式有紅外攝像頭測溫方式，利用紅外成像原理進行溫度的實時檢測，但成本非常高；無源測溫傳(chuan) 感器主要有鉑熱電阻溫度傳(chuan) 感器、光纖測溫傳(chuan) 感器、聲表麵波測溫傳(chuan) 感器和感應取電測溫傳(chuan) 感器等。在無源測溫傳(chuan) 感器中：鉑熱電阻溫度傳(chuan) 感器采用電纜進行信號傳(chuan) 輸，溫度信號受環境影響大；光纖測溫傳(chuan) 感器采用光纖作為(wei) 傳(chuan) 輸信號線，測溫精度和數據傳(chuan) 輸質量較鉑熱電阻溫度傳(chuan) 感器高些，但安裝時易將光纖芯折斷且成本較高；聲表麵波測溫傳(chuan) 感器利用部分物質吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳(chuan) 輸的光譜了解實時溫度，但存在傳(chuan) 輸距離短的缺點；感應取電測溫傳(chuan) 感器則須在感應電流大於(yu) 一定值後才能正常工作，存在應用範圍受限的問題。
針對這些問題，本文提出一種基於(yu) 無源無線傳(chuan) 感技術的變壓器測溫裝置，采用無源無線技術和溫差發電技術，實現變壓器溫度在線監測，可以及時發現變壓器溫度異常情況，防止變壓器事故的發生。
二、無源無線測溫裝置工作原理
無源無線測溫裝置由溫度傳(chuan) 感器、信號調理及隔離模塊、數據處理模塊、無線發射器、無線接收器以及能量管理電路、散熱器以及熱電發生器等模塊構成。該裝置工作原理示意圖如圖1所示。
圖1裝置工作原理示意圖
該裝置的熱電發生器各有一冷端和熱端，散熱器被設置在冷端的一側(ce) ，並與(yu) 該冷端直接進行熱傳(chuan) 導，安裝部位位於(yu) 熱端的一側(ce) ，並與(yu) 該熱端直接進行熱傳(chuan) 導。在熱電發生器冷端和熱端溫度差達到一定程度後，熱電發生器將熱量轉化為(wei) 電能，經過後續電路的處理後給本裝置自身供電。
能量管理電路主要由升壓電路、起動電路和穩壓電路三部分組成。升壓電路負責將熱電發生器輸出的較低電壓升高，並存儲(chu) 在電容或充電電池中；起動電路控製能量的輸出，當儲(chu) 能器件的電壓升至高電壓閥值時，起動電路控製打開後級電路，能量流向後級，供後續電路使用，當儲(chu) 能器件的電壓降至低電壓閥值時，起動電路控製關(guan) 斷後級電路，儲(chu) 能器件繼續儲(chu) 能，周而複始地工作。
數據處理模塊通過控製溫度傳(chuan) 感器定時采集測溫數據，並通過信號調理及隔離模塊將模擬信號轉化成數字信號，並提供給數據處理模塊進行處理，數據處理模塊將處理過的數據通過無線發射器發出，由溫度監測係統中的另一模塊無線接收器接收，並上傳(chuan) PC、APP和大屏幕顯示。
三、測溫裝置在變壓器套管中的應用
依據標準《GB/T 4109—1999高壓套管技術條件》，變壓器套管各部分允許的溫度值為(wei) 120℃，允許溫升為(wei) 90℃。該測溫裝置的測溫範圍為(wei) 0℃～140℃，傳(chuan) 輸距離為(wei) 50m，監測精度為(wei) 1℃，從(cong) 理論上能夠滿足變壓器套管溫度在線監測的需求。
該裝置采用溫差發電芯片與(yu) 溫度傳(chuan) 感器測溫方案，將裝置用螺栓連接的形式安裝於(yu) 變壓器套管接線板上進行溫度實時監測。測溫裝置安裝示意圖如圖2所示。由於(yu) 測溫裝置采用基於(yu) 溫差發電技術的無源無線測溫方式，安裝後不會(hui) 影響變壓器套管的安全運行，所以方便了實際應用，減少了後期維護成本。
圖2測溫裝置安裝示意圖
基於(yu) 溫差發電的無源無線測溫裝置的工作示意圖如圖3所示。
圖3測溫裝置工作示意圖
在實際應用中，測溫裝置的整個(ge) 工作流程如圖4所示。首先，測溫裝置的熱電發生器對溫差進行判定，當冷端與(yu) 熱端溫差大於(yu) 5℃時，溫度傳(chuan) 感器采集變壓器套管當前狀態的溫度數據，通過無線發送模塊將數據發送給接收端，無線接收模塊將接收到的數據傳(chuan) 輸到應用層。
圖4測溫裝置工作流程圖
以河南某變電站為(wei) 例，選取其中一台220kV變壓器高、中、低側(ce) 的套管接線板的位置，共安裝9個(ge) 測溫裝置，連續監測變壓器套管溫度的的變化。變壓器套管監測點布局如圖5所示。將測溫裝置安裝於(yu) 變壓器套管高壓側(ce) 兩(liang) 相，其實際安裝位置圖如圖6所示。2019年7月河南某變電站220kV變壓器套管溫度數據界麵如圖14所示。
圖5變壓器套管監測點布局圖
圖6測溫裝置實際安裝位置圖
圖7河南某變電站220kV變壓器套管溫度數據界麵
該套裝置安裝至今，取得了良好的應用效果，成功幫助用戶解決(jue) 了變壓器套管在運行過程中存在的問題。下麵結合變壓器套管溫度為(wei) 例進行說明。圖8所示為(wei) 該案例問題得到解決(jue) 前的變壓器套管溫度監測結果。圖9所示為(wei) 該案例問題查找並解決(jue) 後在正常狀態下變壓器套管溫度監測結果。
圖8變壓器套管溫度監測結果
圖9正常狀態下變壓器套管溫度監測結果
從(cong) 圖8可以看出，高壓B相接線板溫度遠遠高於(yu) 其他高壓側(ce) 溫度，出現變壓器套管溫度異常現象。經檢測確認，該問題出現的原因是變壓器套管接線板接觸不良而導致局部過熱。
確認問題後，將變壓器套管接線板重新進行接線。經過整改，將變壓器套管溫度數據重新恢複，及時幫助用戶對變壓器套管運行中存在的問題進行解決(jue) ，從(cong) 而保證了變壓器的安全可靠運行。
四、安科瑞測溫產(chan) 品介紹
a.電池供電型無線溫度傳(chuan) 感器
安裝於(yu) 發熱部位，采集溫度量並通過無線方式傳(chuan) 輸的傳(chuan) 感器。
目前無線溫度傳(chuan) 感器有三款：
b.CT感應取電無線溫度傳(chuan) 感器
安裝於(yu) 斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處，采集溫度量並通過無線方式傳(chuan) 輸的傳(chuan) 感器。
目前無線溫度傳(chuan) 感器有兩(liang) 款：
安科瑞無線測溫就地顯示配置：
ASD300/320智能操控裝置可連接12路無線溫度傳(chuan) 感器，ARTM-Pn無線測溫裝置可連接18路無線溫度傳(chuan) 感器，無源（CT取電）方式為(wei) ATE300（捆綁式安裝），有源（電池供電）方式為(wei) ATE100（螺栓式安裝，主要用於(yu) 電纜/銅排等螺絲(si) 固定的搭接點）和ATE200（表帶式，主要用於(yu) 斷路器觸頭等接點捆綁安裝，因安裝較ATE100更方便，電纜/銅排等搭接點也常選用）。
無線測溫帶操顯功能（就地顯示）
Acrel-2000T/B無線測溫壁掛式設備，內(nei) 存4G,硬盤128G,以太網口，顯示器12寸，分辨率800*600，可選Web平台/App服務器，櫃體(ti) 尺寸480*420*200（單位mm），配置ipads,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實時顯示溫度分布以及等詳細參數。
無線測溫采集設備配置方案
五、結束語
本文提出了一套基於(yu) 無源無線傳(chuan) 感技術的變壓器測溫裝置。基於(yu) 溫差發電原理的熱電發生模塊可以為(wei) 整套測溫裝置供電，同時測溫模塊工作，並將采集到的溫度數據通過處理後通過無線發送模塊和無線接收模塊傳(chuan) 送給應用層，從(cong) 而實現了對變壓器的溫度監測。通過將該套測溫裝置應用於(yu) 河南某變電站變壓器套管中，經溫度數據分析，驗證了測溫裝置的安全可靠性和實際應用價(jia) 值。該套測溫裝置體(ti) 積小，維護成本低，可大力推廣使用，對維護變壓器等電力設備的安全運行具有重要意義(yi) 。
【參考文獻】
[1]朱建華，梁棟，李芳，翟海文，馮(feng) 琳娜，無源無線測溫裝置在變壓器中的應用，
[2]隋洪崗，PT100溫度傳(chuan) 感器在溫度數據實時監測係統中的應用
[3]安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2020.06版
當前位置：