电抗器温度无线智能监测技术应用研究

2017-12-07黄志成韩磊

中国设备工程 2017年23期

关键词：干式电抗器无线

黄志成，韩磊

（广东电网有限责任公司清远供电局，广东清远 511515）

电抗器温度无线智能监测技术应用研究

黄志成，韩磊

（广东电网有限责任公司清远供电局，广东清远 511515）

电抗器也叫电感器，分为串联式电抗器和并联式电抗器。串联式电抗器用来限制短路电流，保护电路安全，也有用作限制电网中高次谐波的作用。并联式电抗器主要运用在超高压环境中，用来调整运行电压或改善电力系统无功功率有关状况。

电抗器；无线智能；温度；监测

随着越来越大的用电范围和越来越高的用电稳定要求，促使一大批产品诞生，其中，就包括生活中常见的干式电抗器，干式电抗器的使用范围极广，从中性点电抗器到无功补偿设备，从交直流滤波器元件再到特高压直流输电系统的平波电抗器，目前在电力支撑相关的行业中随处可见干式电抗器，其已成为最重要的组成设备之一。但是干式抗电器在早期时常会出现起火燃烧的事故。当时受限于检测技术的落后，工作人员并没有掌握有效地预控措施，但是随着现在干式抗电器在电力系统中的作用越来越大，如何提前发现抗电器的故障成为了行业必须解决的问题，同时，将传统的机械监测进化成覆盖面更大，反应时间更大，可添加余地更多的智能监测网也是行业未来发展的方向。

1 干式电抗器的结构及运行特点

传统的干式电抗器结构定型于上世纪，多采用圆形空芯无铁芯结构，内部由多层线圈并联组成，线圈的层与层之间为绝缘栅支撑起来的空隙，没有其他元件和介质，所有的冷却任务都由自然空气完成，没有另外配置任何形式的散热冷却装置。干式电抗器的主要工作就是保护以电流、电压为特征量的过流、过负荷保护等，在工作中对于保护对象的保护效果很明显，但是自身由于空间和成本的限制，并没有设置相应的保护措施，这使得长期处于使用状态的抗电器磨损严重，使用寿命得不到保障。在以电气量为特征的继电保护仅在电抗器发生故障后，设备中内置的电流感应器会通过电流量的激增瞬时判断电抗器是否发生故障，如果判断为发生故障就自动转入保护动作，即跳开与其连接的断路器以切除故障，减少电路中的设备不因短路造成的不可逆的损坏，但是这种被动激发的反应机制不能在对故障发生之前自动反应，也无法对其进行监测行为和事前控制，所以一定会产生一部分无法挽回的损失。具体监测结果如表一所示：

表1 监测结果

表2 安装设置的具体参数

2 技术方案选择

2.1 电气量监测方法

传统的干式电抗器定型较早，受限于当时的技术水平，在应对故障监测的问题时没有加入绝缘油介质的间接信息载体，而是采用机械模式的探测电气量变化状态来寻求故障信息。干式电抗器的电气量受电力系统运行方式的变化影响较大，加上自感特性的影响，无论是电流、电压还是阻抗，正常运行和异常方式下的变化值不明显，严重异常即故障时，电气量保护装置动作，切除故障电流，所以对电气量进行监测不能达到预警的目的。因此，在现代高集成化的电气系统中充当非常重要的监测方法显得反应“迟钝”，一般都不选择这种方式。

2.2 烟感监测方法

当干式电抗器因为过热而发生燃烧情况，所产生的烟气会立即被烟感探测器检测到，可以达到监测意外发生的目的。但是这一系统有一个缺陷，一般的电力电抗器都被安装在户外，一旦出现上述情况，的确会产生烟雾，但是室外环境复杂，空气流通速度快，产生的烟雾容易被快速吹散，难以形成探测器识别的浓度，在一些特殊的天气中，难以发挥应有的效果。

2.3 温感监测方法

在电路设备中，遇到电路不稳定时产生烟气，会同时发热，而发热情况和上文的烟雾不同，受到外界环境的影响程度较小，观察比较稳定，而且结果比较明显。所以现在的电路检测系统设计，从之前的烟气监测改变为更加稳定可靠的发热监测。在电路系统正常的运行状态下，干式电抗器仅仅会因运行电流产生微量发热，将这一发热量的上限定义为A，在温感监测设备中设置相应的温度数值，当达到一定数值时，监测系统就开始比对，当达到临界危险温度时监测设备就开始报警并同时切断相关的设备通路，在问题出现之前就断掉可能的危险损失，实现监测设备的目的。综上所述，针对干式电抗器的监测最适合的监测方式就是温度监测。

2.4 监测手段和无线智能的结合

监测手段的完善不仅仅止步于能够发现问题所在，还要能够提前预警，提前报告，在问题出现之前避免可能的损失。现在城市的电气系统都是高度集成化的，一旦某一点出现了问题，整个区域的供电工作就会陷入瘫痪，由此引发的问题是连锁反应式的。所以电路监测的工作人员一直以来的工作重点就是加强监测设备的投入，让监测手段更加高效，更加可靠。但是在发展监测手段的同时，监测设计人员也一直在致力于将监测系统联网，希望可以通过更加智能化的方式完成电路系统的监测工作。与传统的监测手段相比，智能监测技术在问题反馈速度上有着质的飞越，同时，在反应的数据携带能力上也是传统手段不能比拟的，传统的监测手段只能通过光、声两种方式向工程人员进行反应，但是联网后的智能化监测网可以通过数字传输将所有的问题情况，以及之前的监测记录，现在的反应动作，对其他部分的影响程度，区域内其他设备的工作状态都在一瞬间进行了反应，而且还能持续反应，与后台工程人员做到及时的沟通。

3 现状

变电站并联电容器组中的串联电抗器时常因为负荷电流大、绝缘老化、匝间短路、设备质量等因素发生运行温度过高现象，甚至有发生着火危险，若未及时发现设备缺陷，将产生严重后果。目前，电抗器运行温度监测靠人工监测，如使用红外测温仪或热成像仪进行监测，存在工作量大、故障发现不及时、连续性不强、无法及时预警、受天气影响、历史数据难存储难利用的缺点，亟需进行相关改进。现研制一套电抗器温度无线智能监测系统，可以实现集中、远程监测电抗器实时运行温度，并对运行数据采集存储，出现发热严重或着火等异常情况时能及时通过系统、短信、APP预警，达到运行温度实时监测、数据存储与及时预警的目的，同时，减少运行人员维护工作量及设备事故发生机率。在电抗器外表面安装适量温度传感器，温度传感器工作电源可取自电场，无需电池供电；温度传感器采集的温度数据可无线传输至附近接收器，各分散布置的接收器通过ZigBee无线网络将温度数据传输至后台服务器，在后台服务器实现数据采集、存储、预警等功能。（1）温度传感器工作电源取自电场，无需电池供电，减少了相应维护工作。（2）温度传感器到接收器及接收器到服务器温度数据传输均采用无线方式，实现较好的便捷性及经济性。（3）温度监测系统实现数据采集存储及实时预警，减少了运行人员维护工作量及设备事故发生机率。（4）实现手机APP随时随地查阅运行温度数据及接受预警，提高了工作便捷性。

4 监测系统设计及现场实施

需突破的技术难题。目前的电路系统监测手段要客服的困难有以下这些：（1）电抗器的发热点通常处于高电压、强磁场的区域，因信号传输线缆的限制，普通的温度传感方法难以使用，需专门设计制造高绝缘强度的电缆传输温度信号，技术复杂且可靠性低。传感器的准确性和可靠性须满足电抗器的运行要求。（2）电抗器可能的发热点多，遍及电抗器线圈几乎所有部位，但传感器布置受电抗器结构、经济性和电抗器本身安全运行的限制，不可能安装大量的传感器。