潘啟明

（貴州大方發(fā)電有限公司，貴州大方 551600）

基于無源無線測溫技術(shù)的廠用母線快速保護

潘啟明

（貴州大方發(fā)電有限公司，貴州大方 551600）

針對常規(guī)發(fā)電廠廠用母線保護存在的問題，提出了采用無源無線溫度監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)廠用母線快速保護的措施。在傳統(tǒng)的繼電保護框架下，應(yīng)用非電量保護消除6 kV廠用母線故障時電量保護死區(qū)，以達到快速切換6 kV廠用母線故障，保護高壓廠用變壓器或啟動備用變壓器等一次設(shè)備的目的。

廠用母線；無源無線測溫技術(shù)；溫度采集器；快速保護

0 引言

在常規(guī)發(fā)電廠，廠用母線無快速保護，是電量保護的死區(qū)。近年來，一些新的技術(shù)用于廠用母線快速保護，但由于投資大或接線復(fù)雜等原因未得到推廣。廠用母線故障會導(dǎo)致高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）或啟動備用變壓器（以下簡稱啟備變）燒毀等事故，為此，本文采用無源無線測溫技術(shù)，通過測量開關(guān)觸頭溫度來實現(xiàn)廠用母線快速保護。

1 廠用母線保護的現(xiàn)狀

如圖1所示，TA1應(yīng)用于啟備變差動保護，TA2應(yīng)用于高廠變差動保護，TA3應(yīng)用于負(fù)荷側(cè)的快速保護。6 kV廠用母線及TA1或TA2到TA3處母線無快速保護，僅由高廠變或啟備變的分支過流保護來切除母線故障。

圖1 廠用母線接線

為保證最大負(fù)荷啟動、其他負(fù)荷運行以及負(fù)荷側(cè)故障時不誤動，高廠變或啟備變的分支過流保護動作時間按階梯性原則進行整定，動作時間達1.2～2.0s，因此，當(dāng)母線故障時，保護在2.0 s后才切除故障，可能導(dǎo)致高廠變或啟備變因長時間過流而燒毀。

2 廠用母線的故障特點

常規(guī)發(fā)電廠的高廠變或啟備變進線均為封閉母線，6 kV廠用母線則是用母排連接各個盤柜，因此，不可能由于電纜絕緣損壞而導(dǎo)致母線故障。目前，6 kV廠用母線的常見故障點為電源進線開關(guān)以及負(fù)荷開關(guān)的上下動觸頭和母排上的靜觸頭連接處。

由于定期測輔機絕緣等工作的需要，廠用母線上的開關(guān)操作非常頻繁，開關(guān)的觸頭保護罩經(jīng)常會因撞擊而破碎，碎片和其他異物殘留在開關(guān)觸頭上或其附近，導(dǎo)致觸頭之間連接不到位，進而產(chǎn)生接觸電阻或?qū)ν鈿し烹?，從而引起開關(guān)觸頭發(fā)熱甚至燒毀，最終導(dǎo)致母線接地等故障。

3 無源無線測溫技術(shù)

無源無線測溫方法采用了聲表面波技術(shù)。聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波，實現(xiàn)了聲學(xué)和電子學(xué)的結(jié)合。聲表面波測溫的工作原理為：傳感器采用的是諧振型聲表面波傳感器，壓電晶體基片上的換能器通過逆壓電效應(yīng)將輸入的無線信號轉(zhuǎn)變成聲信號后，被左、右兩個周期性柵條反射形成諧振；該諧振器的諧振頻率與基片的溫度有關(guān)，而且在一定溫度范圍內(nèi)諧振頻率與溫度呈非常線性關(guān)系；當(dāng)同一個換能器通過壓電效應(yīng)將聲信號轉(zhuǎn)換成無線應(yīng)答信號輸出后，就可以通過測量頻率變化得到溫度值，故聲表面波測溫器件為純無源器件。

采用聲表面波技術(shù)的無源無線測溫技術(shù)具有以下特點。

（1）無線方式實現(xiàn)高壓隔離，無需電池，安全性極高。

（2）無源溫度傳感器體積小，與采集器之間用無線方式傳輸數(shù)據(jù)，安裝方便靈活，不受設(shè)備結(jié)構(gòu)和空間限制。

（3）溫度采集器的工作頻段為432～444MHz，而電力系統(tǒng)中噪聲頻段一般為300MHz，所以系統(tǒng)抗干擾性強，可長期穩(wěn)定工作。

（4）無線射頻信號具有一定的穿透繞射能力，可廣泛用于測量可視范圍內(nèi)及存在障礙物的各種物體的溫度。

（5）單點測溫時間可達1 s，測溫實時性好，測溫范圍可達-25～125℃。

4 基于無源無線測溫技術(shù)的廠用母線快速保護

廠用母線故障多數(shù)是開關(guān)觸頭發(fā)熱引起的，采用無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)對廠用母線、開關(guān)觸點進行溫度監(jiān)測，并且與高廠變、啟備變等快速保護模塊連接，既能對開關(guān)觸頭惡化的過程進行監(jiān)控，又能快速切除故障，同時還滿足了繼電保護快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求。無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過溫度傳感器獲取觸點溫度，將溫度信號通過無線方式傳輸?shù)綔囟炔杉鬟M行相應(yīng)處理，進而傳輸?shù)奖O(jiān)控終端以及保護回路。無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)整體框架如圖2所示。

圖2 無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)整體框架

為了更好地監(jiān)測廠用母線開關(guān)柜觸點溫度，在母線／母線支流與接觸器（高壓開關(guān)）的進、出線觸點的每相均安裝1個溫度傳感器，即每個開關(guān)柜配備6個溫度傳感器和1個采集器。6 kV母線開關(guān)柜無源無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)包括前端采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)讀取模塊、監(jiān)控模塊及保護單元接口，由溫度傳感器、天線、溫度采集器、電源適配器、單機溫度顯示儀、多機溫度監(jiān)控終端及上位機監(jiān)控系統(tǒng)組成。溫度傳感器直接安裝在被測物體表面，負(fù)責(zé)接收、探詢射頻信號，并將帶溫度信息的射頻信號返回到采集器。數(shù)據(jù)讀取模塊完成射頻信號的放大、濾波及A／D轉(zhuǎn)換，最終實現(xiàn)參數(shù)的監(jiān)測，并通過上行信道傳遞到上級設(shè)備進行顯示、報警提示，當(dāng)溫度超過設(shè)定的閾值后，給保護單元一個開關(guān)量信號，實現(xiàn)廠用母線的保護。

5 系統(tǒng)保護

通過測溫系統(tǒng)可實時監(jiān)測觸點的溫度信號，由溫度采集器處理、識別每路溫度信號并判斷溫度的高低，發(fā)出報警信號或切除故障的命令。故障處理方式為：將溫度信號發(fā)送給電廠分散控制系統(tǒng)（DCS），通過DCS現(xiàn)有的跳閘回路切除故障。具體的信號傳遞方式根據(jù)電廠DCS預(yù)留接口確定。

系統(tǒng)安裝點示意如圖4所示，保護跳閘的出口情況為：（1）當(dāng)K1點故障，啟動啟備變快速保護；（2）當(dāng)K2點故障，切除QF1開關(guān)，并閉鎖QF2開關(guān)合閘信號；（3）當(dāng)K3點故障，啟動發(fā)電機變壓器組保護快速解列滅磁；（4）當(dāng)K4點故障，切除QF2開關(guān)，并閉鎖快切信號；（5）當(dāng)K5點故障，切除整段母線；（6）當(dāng)K6點故障，切除QF3開關(guān)。

圖4 系統(tǒng)安裝點示意

6 結(jié)束語

本文探討了利用先進的無源無線溫度監(jiān)測技術(shù)來實現(xiàn)傳統(tǒng)的繼電保護，讓繼電保護從原來的模式中解放出來，完善了保護功能，增強了繼電保護系統(tǒng)的實時性、穩(wěn)定性和可靠性。

（本文責(zé)編：劉芳）

TM 83

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1674-1951（2015）08-0059-02

潘啟明（1982—），男，貴州天柱人，助理工程師，從事電氣專業(yè)技術(shù)管理方面的工作（E-mail：578023955＠qq.com）。

2015-01-05；

2015-06-30