盧 峰, 沈 駿, 王震宇, 岑 梁

(長興縣供電局, 浙江 長興 313100)

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智能配電臺區(qū)配電房環(huán)境變量監(jiān)測及關(guān)鍵技術(shù)

盧 峰, 沈 駿, 王震宇, 岑 梁

(長興縣供電局, 浙江 長興 313100)

分析了配電房環(huán)境變量監(jiān)測設(shè)備、變壓器油溫測量設(shè)備,以及配電變壓器測量油溫的傳感器裝置在浙江省長興縣供電局的應(yīng)用情況,并驗證了其有效性.

智能臺區(qū); 配電房; 環(huán)境變量測量; 配電變壓器; 油溫測量

智能電網(wǎng)的一個重要環(huán)節(jié)就是智能配電網(wǎng)的建設(shè),配電變壓器是整個配電臺區(qū)的核心設(shè)備.配電臺區(qū)是指從公用配電變壓器到低壓用戶的供電區(qū)域,公用配電變壓器(以下簡稱“配變”)是供電企業(yè)向低壓用戶提供優(yōu)質(zhì)電力的關(guān)鍵設(shè)備,但因設(shè)備維護不及時、監(jiān)測不到位等導(dǎo)致的設(shè)備故障引起的非正常停電的情況時有發(fā)生.本文以國家電網(wǎng)長興供電公司的應(yīng)用為例,通過測量配電房環(huán)境監(jiān)變量、變壓器油溫等數(shù)據(jù)變化,用以提高人工作業(yè)效率和配電臺區(qū)綜合管理水平.

1 整體系統(tǒng)框架

1.1 智能臺區(qū)

基于智能配變監(jiān)測系統(tǒng)智能臺區(qū)結(jié)構(gòu)如圖1所示,智能配電臺區(qū)系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備、中間通訊層、系統(tǒng)層3部分組成.其中,系統(tǒng)層和通訊層功能由已有的智能配變監(jiān)測系統(tǒng)提供,通訊層可采用光纖、主流使用的GPRS和CDMA及短信通信,無需增加任何投資.智能配變終端與配變監(jiān)測系統(tǒng)傳輸協(xié)議在浙江省電力公司發(fā)布的QGDW-11-143-2010 《電能信息采集與管理系統(tǒng)通信協(xié)議(配變終端部分)》及《電能信息采集與管理系統(tǒng)通信協(xié)議(配變終端部分)補充內(nèi)容v1.0》的基礎(chǔ)上進行擴充[1].

圖1 基于智能配變監(jiān)測系統(tǒng)智能臺區(qū)結(jié)構(gòu)

1.2 智能臺區(qū)現(xiàn)場系統(tǒng)

智能臺區(qū)現(xiàn)場設(shè)備需要增加智能環(huán)境采集器、智能門禁設(shè)備、智能漏保、智能電容器、智能臺區(qū)中控儀、智能配變和終端等設(shè)備.本文著重研究智能配電臺區(qū)配置中的配電網(wǎng)環(huán)境變量監(jiān)測、變壓器油溫測量系統(tǒng)的設(shè)計,以及一種廣泛適用于配變測溫孔的封罩.

智能臺區(qū)環(huán)境采集器可采集環(huán)境濕度、環(huán)境溫度、水淹信號、煙感信號及設(shè)備狀態(tài)等信息.

(1) 溫度采集 將帶有高溫導(dǎo)線PT100高精度傳感器測量變壓器油溫連接環(huán)境采集器,油溫的變化會引起PT電阻值的變化,環(huán)境采集器內(nèi)部通過采集PT電阻值的變化的模擬量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值的數(shù)字信號量.

(2) 環(huán)境濕度 通過模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號量,智能漏保經(jīng)過程序處理直接輸出數(shù)字信號量,門禁管理設(shè)備具有與智能臺區(qū)中控儀直接通訊的功能.上述所有設(shè)備通過RS485接口連接到智能臺區(qū)中控儀存儲處理后,由智能臺區(qū)中控儀再通過RS485連接智能配變終端.智能電容器組通過單獨一路RS485直接與配變管理終端連接.通過配變監(jiān)測系統(tǒng)進行召測或由配變終端主動上送溫度、濕度、設(shè)備狀態(tài)、動作操作等數(shù)據(jù),將配電臺區(qū)所有電能參數(shù)環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)一起存儲于數(shù)據(jù)庫中[2-3].

2 環(huán)境變量測量設(shè)備功能與設(shè)計

2.1 配電房環(huán)境采集器功能

環(huán)境采集器通過與智能配變終端級聯(lián)通訊,將環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、水淹信號、煙感檢測、入侵檢測、門禁控制、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等實時上傳給智能配變終端,再通過智能配變終端的遠程通訊通道將環(huán)境數(shù)據(jù)上傳給主站前置機,通過主站應(yīng)用系統(tǒng)就能實時、直觀地查看公用配變臺區(qū)現(xiàn)場的設(shè)備運行情況.設(shè)定相應(yīng)的越限閾值,當(dāng)公用配變臺區(qū)現(xiàn)場環(huán)境告警閾值超過所設(shè)閾值時,即可報警,可以從根本上預(yù)防配電現(xiàn)場設(shè)備持續(xù)超負荷運行產(chǎn)生的各類災(zāi)害和損失.

圖2為環(huán)境采集器原理框架.

圖2 環(huán)境采集器原理框架

環(huán)境變量測量共設(shè)置有1路濕度測量、1路溫度測量和3路狀態(tài)檢測(1路水淹檢測、1路煙感檢測及1路預(yù)留的狀態(tài)檢測).環(huán)境濕度測量系統(tǒng)使用高精度的AM2303濕度傳感器.AM2303作為濕度的采集模塊,使用目前優(yōu)秀的STM32單片機作為系統(tǒng)的中央處理器,可將AM2303采集到的濕度信號經(jīng)處理后上傳給上層的中控儀.

溫度測量設(shè)備的電源輸入采用三相四線的輸入方式,只要任意兩條電源線之間具有65～460 V的交流電壓或80～650 V的直流電壓,均能正常工作,這一特點可以保證供電在缺1相或2相或是零線開路的情況下都能正常工作,大大提高了系統(tǒng)的可靠性.

2.2 環(huán)境采集器與上層設(shè)備之間的傳輸協(xié)議

幀格式引用《DL/T 645-1997 多功能電能表通信協(xié)議》,在其基礎(chǔ)上擴充附錄中的數(shù)據(jù)標(biāo)識編碼以滿足配變該類設(shè)備的通信需求數(shù)據(jù)標(biāo)識編碼(溫度及環(huán)境變量部分),具體如表1所示(表1中的數(shù)據(jù)為中繼召測數(shù)據(jù)).

表1 適用于環(huán)境變量采集及變壓器溫度采集的DL/T645—1997規(guī)約擴展數(shù)據(jù)項

注:因溫度有負值(測量范圍-50～200 ℃),故規(guī)定若溫度為負值,最高位為“1”,如100 ℃用BCD碼1000H表示,-10 ℃ 用BCD碼8100H表示.

以上擴展的數(shù)據(jù)項適用于全部的油浸式和干式變壓器的配電房環(huán)境.可以根據(jù)需求定制加裝所需的功能擴展組件.擴展數(shù)據(jù)項主要適用于智能配變終端與環(huán)境采集器之間的通訊協(xié)議[4-5].

3 變壓器油溫測量系統(tǒng)設(shè)計

3.1 溫度測量設(shè)備功能與設(shè)計框圖

變壓器油溫測量系統(tǒng)主要用于油浸式配變和干式變壓器的環(huán)境溫度測量和變壓器油溫測量以及三相繞組溫度的讀取.測溫系統(tǒng)使用德國進口的賀利氏高精度高穩(wěn)定性的溫度傳感器PT100作為溫度的采集器,使用目前優(yōu)秀的STM32單片機作為系統(tǒng)的中央處理器,將PT100采集到的溫度信號經(jīng)處理后上傳給上層的數(shù)據(jù)中控儀.

溫度測量設(shè)備的電源輸入采用三相四線的輸入方式,只要任意兩條電源線之間具有65～460 V的交流電壓或80～650 V的直流電壓,均能正常工作,這一特點可以保證供電在缺1相或2相或是零線開路的情況下都能正常工作,大大提高了系統(tǒng)的可靠性.變壓器油溫采集器原理如圖3所示.

圖3 變壓器油溫采集器原理框架

3.2 直接接觸式測量變壓器油溫

接觸式測量以“處于同一平衡狀態(tài)下的物體具有相同溫度”的原理為基礎(chǔ),測量時儀表的觸頭要與被測物處于熱平衡狀態(tài),只有這樣,結(jié)果顯示才準(zhǔn)確.接觸式的特點是測溫元件直接與被測對象相接觸,兩者之間進行充分的熱交換,最后達到熱平衡,這時感溫元件的某一物理參數(shù)的量值就代表了被測對象的溫度值.

傳感器是指將感受到的物理量、化學(xué)量等信息,按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘柕难b置.獨立式電阻傳感器由熱電阻、絕緣套管、保護套管、高溫導(dǎo)線、接線盒及接線盒蓋組成.

獨立式電阻傳感器測溫工作原理為:采用熱電阻作為測溫元件,利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變的特性來進行溫度的測量.純金屬及多數(shù)合金的電阻率隨溫度的升高而增加,即具有正的溫度系數(shù).在一定溫度范圍內(nèi),電阻與溫度的關(guān)系是線性的.溫度的變化可導(dǎo)致金屬導(dǎo)體電阻的變化.因此,只要測出電阻值的變化就可達到測量溫度的目的.

電阻與溫度的關(guān)系為:

(1)

式中:Rt——溫度t時的電阻值;R0——溫度t0時的電阻值;t0——起始溫度,一般規(guī)定為0 ℃;a0——溫度系數(shù)(以0 ℃為起始溫度);

獨立式電阻傳感器測溫常見的故障有:電阻電阻絲之間短路或接地;熱電阻電阻絲斷開;保護套管內(nèi)有積水或污物,局部短路;電阻元件與接線盒間的引出導(dǎo)線斷路;連接導(dǎo)線接觸不良使電阻值增大,或有局部短路等.

本系統(tǒng)采用獨立式熱電阻,主要用于配變頂層油溫的測量.獨立式熱電阻性能檢測值(pt100)如表2和表3所示.

表2 獨立式熱電阻性能檢測值

表3 獨立式熱電阻震動前后性能檢測值

4 油浸式配變測溫孔油溫測量傳感器密封罩的改進

到目前為止,國內(nèi)針對低壓配變油溫測量項目幾乎處于空白狀態(tài).由于國內(nèi)不同地區(qū)、不同廠家生產(chǎn)的配變預(yù)留測溫孔規(guī)格尺寸沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),這是測量配變油溫目前沒有普遍推廣使用的原因之一.

針對電力公司管轄的配變數(shù)量眾多、廠家多、型號多、容量不同等特性,對測溫裝置套件的要求是既能滿足不同廠家規(guī)格型號配變的油溫測量,同時安裝也要方便快捷.隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的進一步加快,對配變油溫進行監(jiān)測可以有效地監(jiān)測變壓器及線路設(shè)備的運行狀態(tài),提前預(yù)警處理因超載運轉(zhuǎn)而造成的不必要的損失[6].

本文將對現(xiàn)有的油浸式低壓配變油溫測量傳感器探頭進行改進,其優(yōu)點如下:一是適用于各廠家的各種型號規(guī)格的油浸式配變對變壓器頂層油溫的測量;二是無需定制其他的輔助設(shè)備,根據(jù)測溫預(yù)留孔的通用特征方便加裝改造現(xiàn)運行的油浸式低壓配變;三是測量油溫的傳感器探頭需高壓、低壓線路斷開停電的狀態(tài)下才能夠安裝,本裝置可以快速方便地安裝到配變測溫預(yù)留孔上,以保證在極短的時間內(nèi)就可以恢復(fù)供電.

一種廣泛適用于配變測溫孔測溫傳感器封閉罩結(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖4 一種廣泛適用于配變測溫孔

該結(jié)構(gòu)由304不銹鋼材料鎧裝探頭、不銹鋼固定螺紋、玻璃鋼防水罩、耐腐蝕耐高溫橡膠密封片、高溫導(dǎo)線及永磁鋼片組成.將配變低壓側(cè)測溫預(yù)留孔的螺帽擰開注入4/5變壓器油,將整個探頭插入測溫預(yù)留孔即可.

其原理為:傳感器探頭頂部帶有磁鋼,用不銹鋼螺絲前后固定,磁鋼底部不銹鋼螺絲直徑設(shè)計尺寸為10 mm,小于大多數(shù)主流變壓器測溫預(yù)留孔直徑,底部不銹鋼螺絲可以完全深入孔內(nèi).此時位于頂部的磁鋼將牢牢吸附在變壓器測溫預(yù)留孔上,同時玻璃防水帽將往下延伸,可以有效防止外部的雨水等污穢進入.防水罩和螺絲與不銹鋼溫度桿之間采用橡膠墊片密封,可以保證頂部的雨水不能進入變壓器測溫孔.其試驗結(jié)果如表4所示.

表4 PT100傳感器高溫導(dǎo)線的標(biāo)準(zhǔn)值與實際檢測值

此外,試驗表明,PT100傳感器高溫導(dǎo)線外表光潔無顆粒;成品電纜交流磊試驗也表明,1 kV/5 min不擊穿.由此表明,測溫裝置套件能夠適應(yīng)30～400 kV及以上所有廠家型號油浸式配變的測溫需求.

5 結(jié) 語

本文介紹了一種智能配電臺區(qū)配電房環(huán)境變量監(jiān)測系統(tǒng).在該系統(tǒng)中,溫度測量設(shè)備的電源輸入采用三相四線的輸入方式,可以保證供電在缺1相、2相或是零線開路的情況下都能正常工作,大大提高了系統(tǒng)的可靠性.通過該系統(tǒng)對變電站環(huán)境進行監(jiān)測,當(dāng)配電房環(huán)境采集器通過設(shè)定相應(yīng)的越限閾值時,系統(tǒng)報警,從而使被監(jiān)測設(shè)備得到及時的維護,從根本上預(yù)防配電現(xiàn)場設(shè)備持續(xù)超負荷運行產(chǎn)生的各類災(zāi)害和損失.因此,本系統(tǒng)的研制可全方位提高配電及臺區(qū)的運行水平和綜合管理效率,具有重要的工程應(yīng)用價值.

[1] 徐丙垠,李天友,薛永端,等.智能配電網(wǎng)與配電自動化[J].電力系統(tǒng)自動化,2009(17):38-41.

[2] 陳樹勇,宋書芳,李蘭欣,等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(8):l-7.

[3] 張文亮,劉壯志.智能電網(wǎng)的研究進展及發(fā)展趨勢[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,13(7):1-11.

[4] 顧欣欣,姜寧,季侃.智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的實踐與展望[J].電力建設(shè),2009,30(7):4-6.

[5] 岳仁超.智能配電臺區(qū)在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].低壓電器,2013(13):47-49.

[6] 李曉軍,金哲,崔征,等.電壓質(zhì)量管理與考評體系[J].農(nóng)村電氣化,2010(2):7-9.

(編輯 胡小萍)

Smart Distribution Area and Distribution EnvironmentVariable Monitonring and Key Technology

LU Feng, SHEN Jun, WANG Zhenyu, CEN Liang

(ChangxingPowerSupplyCompany,Changxing313000,China)

The power distribution room environment variable monitoring equipment,transformer oil temperature measuring device,measuring oil temperature sensor device and distribution transformer in Zhejiang Changxing power supply applications are analyzed,and its effectiveness is proved.

smart transformer area; power distribution room; environment variables measurement; distribution transformer; oil temperature measurement

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.05.013

2015-12-14

簡介：盧峰(1976-),男,碩士,高級工程師,浙江長興人,主要研究方向為配電網(wǎng)運行管理,E-mail:398208966@qq.com

TM64;TM76

A

1006-4729(2016)05-0473-05