無線無源測溫應用于智能電網
智能電網溫度監測是我國智能電網目前面臨的巨大挑戰,本文給出了各種測溫方式對比、從原理上報道了最近測溫進展,提出了基于SAW原理的無線無源測溫方法,并給出了解決方案。
應用領域
電力設備安全可靠是超大規模輸配電和電網安全保障的重要環節,尤其我國正處于經濟快速增長時期,國家電網的電力供電負荷日益增加,在持續擴大供電同時給電網電器設備帶來一系列的安全問題。為盡可能的避免各類電力事故,電力設備安全運營實時監控的任務迫在眉睫。
電網設備中的觸頭和接頭的電網安全的一個重要隱患。現有統計結果表明,故障其主要發生在如下位置:
1)電纜接頭故障。隨著運行時間延長、壓接頭的松動、絕緣老化、以及局部放電、高壓泄漏等,將引起發熱和溫度額升高,溫度的升高將使這些狀況進一步惡化,這將促使溫度進一步提升,這一惡性循環的結果就引發短路放炮,甚至火災。
2)開關柜中動、靜觸頭故障。開關柜作為一種廣泛運用的電力設備,開關柜是輸配電系統中的重要設備,承擔著開斷和關合電力線路、線路故障保護、監測運行電量數據的重要作用。開關柜設備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良,加上長期的大電流、觸頭老化等因素易導致其接觸電阻大,從而導致長時間發熱、觸頭溫升過高甚至最終發生高壓柜燒毀故障。
目前對于開關柜接頭觸點的溫度監測尚沒有有效方法解決,作為監測的替代方式通常采用效率低且代價高的人工紅外探測巡檢方式,實時溫度監控成為目前智能電網的一大難題。
通常故障發生在如圖1所示的位置
圖1 電網溫度隱患的觸頭和接頭位置
為解決這一難題,目前我國和世界上諸多機構進行了相關研究探索。從測溫原理上通常采用六種,從傳輸角度來說,包括有線和無線數據傳輸方式。
熱敏電阻/電偶的方式在于無法無線無源,即使采用無線發送模塊,在電網的磁場、電場和熱場復雜情況下,抗干擾能力弱而無法正常工作。
采用光纖光柵進行溫度檢測,其缺點在于光纖屬于有線方式,會破壞既有設備構架,而且高壓情況下會出現漏電、爬電隱患。
紅外成像的方法在變電站套管、避雷器、母線等設備的溫度監測中應用較多,但由于高壓開關柜內部結構復雜,元件互相遮擋較多,通過紅外圖譜間接獲取溫度數據其準確性不能滿足要求,對紅外圖譜的計算機識別技術水平還不能替代人工識別,自動化程度不高,同時紅外熱成像儀的成本較高,不利于推廣使用。
通過壓電原理開發的聲表面波溫度(SAW)傳感器,是采用壓電接觸式探測溫度和無線讀取方式,精度高(無線工作模式情況下±0.1℃),可分布低,成本低,同時又因為有微妙級信號延遲而抗干擾能力強,因而成為新一代開關柜、電纜接頭的溫度檢測方法。
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