龐瑩

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 201114）

引言

隨著配電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)企業(yè)對(duì)供電可靠性的要求越來越高，建設(shè)智能配電網(wǎng)已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。其中，智能配電房作為智能配電網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[1]，擔(dān)負(fù)著為用戶分配電力的重?fù)?dān)。智能配電房通過智能傳感器對(duì)各種監(jiān)測(cè)及報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動(dòng)、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足對(duì)遠(yuǎn)程運(yùn)維的可靠管控。目前，智能傳感器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)仍是空白，生產(chǎn)廠家繁雜，產(chǎn)品集成度低、功耗高、壽命低、信息隔閡，因而其性能在很多方面不能滿足技術(shù)要求，不適合用于開展智能配電房建設(shè)，嚴(yán)重阻礙配電房智能化改造成效。因此，為保證智能配電網(wǎng)的方向性，推進(jìn)配電網(wǎng)建設(shè)，亟待開展對(duì)智能配電房傳感器的標(biāo)準(zhǔn)體系和關(guān)鍵技術(shù)研究。本文對(duì)智能配電房用特高頻局放傳感器的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)進(jìn)行了研究。

1 智能配電房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由各類智能傳感器（溫濕度傳感器、位移傳感器、煙霧傳感器、水浸傳感器等）、終端和后臺(tái)等部分組成。傳感器自身帶有的感應(yīng)元件，可以和與其配對(duì)的終端模塊通信，用于感知配電房?jī)?nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安防狀態(tài)等信息。信號(hào)到達(dá)終端模塊后，終端服務(wù)器通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與云端服務(wù)器連接，并把數(shù)據(jù)打包發(fā)至數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并做實(shí)時(shí)分析。最后應(yīng)用端通過與云端服務(wù)器連接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和報(bào)警。其中，智能傳感器在配電房監(jiān)測(cè)中起著重要作用。

2 特高頻局放傳感器

變壓器隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸老化產(chǎn)生故障，并伴隨著局部放電現(xiàn)象。通過對(duì)變壓器局部放電進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)測(cè)，可以獲得電介質(zhì)的絕緣狀況并推測(cè)出電氣設(shè)備的絕緣壽命[2]。因此，對(duì)變壓器的局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)有著重要意義。特高頻法近年來被廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的局部放電監(jiān)測(cè)，其檢測(cè)頻段較高，具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。特高局放頻傳感器作為特高頻法的重要組成部分，在變壓器局部放電監(jiān)測(cè)中越來越被廣泛應(yīng)用[3-5]。目前常用的特高頻局放傳感器有阿基米德螺旋天線、平面螺旋天線、盤錐天線、Hilbert分形天線、套筒天線和屏蔽諧振式環(huán)天線等[6]，采用特高頻傳感方式對(duì)電力、冶金、鐵路等系統(tǒng)GIS設(shè)備的局部放電進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 特高頻局放傳感器環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 測(cè)試項(xiàng)目和試驗(yàn)設(shè)備

本文測(cè)試的項(xiàng)目包括高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、振動(dòng)耐久試驗(yàn)和沖擊耐受試驗(yàn)。使用到的儀器設(shè)備有溫度試驗(yàn)箱、計(jì)時(shí)器、振動(dòng)試驗(yàn)裝置和沖擊試驗(yàn)裝置。每個(gè)測(cè)試項(xiàng)目參與試驗(yàn)的樣品50個(gè)，型號(hào)XD5-3，樣品外觀良好，無破損、銘牌齊全。

3.2 高、低溫試驗(yàn)

高、低溫試驗(yàn)是環(huán)境試驗(yàn)的常規(guī)測(cè)試項(xiàng)目。安裝于智能配電房的特高頻局放傳感器環(huán)境溫度條件見表1。試驗(yàn)所用設(shè)備如圖1所示。

表1 環(huán)境溫度條件

3.2.1 低溫試驗(yàn)

1）試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證產(chǎn)品在低溫條件下的適應(yīng)性。

2）依據(jù)GB/T 2423.1-2008中的規(guī)定，按試驗(yàn)Ad進(jìn)行。試驗(yàn)過程見表2。

表2 低溫試驗(yàn)

3）試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)測(cè)試，在低溫試驗(yàn)后仍能正常工作的傳感器數(shù)量如圖1所示。

圖1 溫度試驗(yàn)箱

由圖2可以看出，經(jīng)過-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃的低溫試驗(yàn)后，仍能正常工作的傳感器樣品數(shù)量分別為50、49、10。因此，可以得出該傳感器能承受的最低溫度為-40 ℃。

圖2 低溫試驗(yàn)結(jié)果

3.2.2 高溫試驗(yàn)

1）試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證產(chǎn)品在高溫條件下的適應(yīng)性。

2）依據(jù)GB/T 2423.2-2008中的規(guī)定，按試驗(yàn)Bd進(jìn)行。試驗(yàn)過程見表3。

表3 高溫試驗(yàn)

3）試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)測(cè)試，在高溫試驗(yàn)后仍能正常工作的傳感器數(shù)量如圖3所示。

由圖3可以看出，經(jīng)過45 ℃、55 ℃和65 ℃高溫試驗(yàn)后，仍能正常工作的傳感器樣品數(shù)量分別為50、50、23。因此，可以得出該傳感器能承受的最高溫度為55 ℃。以上高、低溫試驗(yàn)結(jié)果可以為特高頻局放傳感器標(biāo)準(zhǔn)體系中溫度的嚴(yán)酷等級(jí)制定提供依據(jù)。

圖3 高溫試驗(yàn)結(jié)果

3.3 振動(dòng)耐久試驗(yàn)

振動(dòng)試驗(yàn)是評(píng)定產(chǎn)品在預(yù)期的使用環(huán)境中耐受振動(dòng)能力而對(duì)受振動(dòng)的實(shí)物或模型進(jìn)行的試驗(yàn)。

1）試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證產(chǎn)品在運(yùn)行過程中對(duì)振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)性。

2）試驗(yàn)過程：按照GB/T 11287規(guī)定的試驗(yàn)要求和方法，將樣品放置在振動(dòng)臺(tái)上，加速度峰值依次設(shè)置為5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2，每一軸線方向的掃頻循環(huán)數(shù)為20。試驗(yàn)過程如圖4所示。

圖4 振動(dòng)耐久試驗(yàn)

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5可以看到，經(jīng)過加速度峰值分別為5 m.s-2、10 m.s-2和15 m.s-2的振動(dòng)耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品未發(fā)生緊固件松動(dòng)、機(jī)械損壞且仍可正常工作的樣品數(shù)量分別為50、50和38。因此，特高頻局放傳感器進(jìn)行振動(dòng)耐久試驗(yàn)?zāi)艹惺艿淖畲蠹铀俣确逯禐?0 m.s-2。

圖5 振動(dòng)耐久試驗(yàn)結(jié)果

3.4 沖擊耐受試驗(yàn)

1）試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證產(chǎn)品在運(yùn)行過程中對(duì)沖擊環(huán)境的適應(yīng)性。

2）試驗(yàn)過程：按照GB/T 14537規(guī)定的試驗(yàn)要求和方法，將樣品放置在沖擊試驗(yàn)臺(tái)上，加速度峰值依次設(shè)置為140 m.s-2、150 m.s-2、160 m.s-2，脈沖的持續(xù)時(shí)間為11 ms，每個(gè)方向上的脈沖數(shù)為3個(gè)。試驗(yàn)過程如圖6所示。

圖6 沖擊耐久試驗(yàn)

3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖7可以看到，經(jīng)過加速度峰值分別為140 m.s-2、150 m.s-2和160 m.s-2的沖擊耐受試驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品未發(fā)生緊固件松動(dòng)、機(jī)械損壞且仍可正常工作的樣品數(shù)量分別為50、50和31。因此，特高頻局放傳感器沖擊耐受試驗(yàn)?zāi)艹惺艿淖畲蠹铀俣确逯禐?50 m.s-2。

圖7 沖擊耐久試驗(yàn)結(jié)果

4 總結(jié)

本文對(duì)智能配電房用特高頻局放傳感器環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了研究。開展了高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、振動(dòng)耐久試驗(yàn)和沖擊耐受試驗(yàn)。該傳感器可以承受的最高溫度為55 ℃，最低溫度為-40 ℃，振動(dòng)耐久試驗(yàn)可以承受的最大加速度峰值為10 m.s-2，沖擊耐受試驗(yàn)可以承受的最大加速度峰值為150 m.s-2。本文的研究不僅為智能配電房用特高頻局放傳感器的標(biāo)準(zhǔn)體系建立提供數(shù)據(jù)支撐，對(duì)產(chǎn)品的研制和廣泛應(yīng)用也有一定的指導(dǎo)意義。有利于規(guī)范智能傳感器生產(chǎn)技術(shù)和市場(chǎng)秩序，提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而推動(dòng)智能配電網(wǎng)的建設(shè)質(zhì)量和運(yùn)行可靠性。