基于无源无线测温技术的厂用母线快速保护

潘启明

（贵州大方发电有限公司，贵州大方 551600）

基于无源无线测温技术的厂用母线快速保护

潘启明

（贵州大方发电有限公司，贵州大方 551600）

针对常规发电厂厂用母线保护存在的问题，提出了采用无源无线温度监测技术实现厂用母线快速保护的措施。在传统的继电保护框架下，应用非电量保护消除6 kV厂用母线故障时电量保护死区，以达到快速切换6 kV厂用母线故障，保护高压厂用变压器或启动备用变压器等一次设备的目的。

厂用母线；无源无线测温技术；温度采集器；快速保护

0 引言

在常规发电厂，厂用母线无快速保护，是电量保护的死区。近年来，一些新的技术用于厂用母线快速保护，但由于投资大或接线复杂等原因未得到推广。厂用母线故障会导致高压厂用变压器（以下简称高厂变）或启动备用变压器（以下简称启备变）烧毁等事故，为此，本文采用无源无线测温技术，通过测量开关触头温度来实现厂用母线快速保护。

1 厂用母线保护的现状

如图1所示，TA1应用于启备变差动保护，TA2应用于高厂变差动保护，TA3应用于负荷侧的快速保护。6 kV厂用母线及TA1或TA2到TA3处母线无快速保护，仅由高厂变或启备变的分支过流保护来切除母线故障。

图1 厂用母线接线

为保证最大负荷启动、其他负荷运行以及负荷侧故障时不误动，高厂变或启备变的分支过流保护动作时间按阶梯性原则进行整定，动作时间达1.2～2.0s，因此，当母线故障时，保护在2.0 s后才切除故障，可能导致高厂变或启备变因长时间过流而烧毁。

2 厂用母线的故障特点

常规发电厂的高厂变或启备变进线均为封闭母线，6 kV厂用母线则是用母排连接各个盘柜，因此，不可能由于电缆绝缘损坏而导致母线故障。目前，6 kV厂用母线的常见故障点为电源进线开关以及负荷开关的上下动触头和母排上的静触头连接处。

由于定期测辅机绝缘等工作的需要，厂用母线上的开关操作非常频繁，开关的触头保护罩经常会因撞击而破碎，碎片和其他异物残留在开关触头上或其附近，导致触头之间连接不到位，进而产生接触电阻或对外壳放电，从而引起开关触头发热甚至烧毁，最终导致母线接地等故障。

3 无源无线测温技术

无源无线测温方法采用了声表面波技术。声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波，实现了声学和电子学的结合。声表面波测温的工作原理为：传感器采用的是谐振型声表面波传感器，压电晶体基片上的换能器通过逆压电效应将输入的无线信号转变成声信号后，被左、右两个周期性栅条反射形成谐振；该谐振器的谐振频率与基片的温度有关，而且在一定温度范围内谐振频率与温度呈非常线性关系；当同一个换能器通过压电效应将声信号转换成无线应答信号输出后，就可以通过测量频率变化得到温度值，故声表面波测温器件为纯无源器件。

采用声表面波技术的无源无线测温技术具有以下特点。

（1）无线方式实现高压隔离，无需电池，安全性极高。

（2）无源温度传感器体积小，与采集器之间用无线方式传输数据，安装方便灵活，不受设备结构和空间限制。

（3）温度采集器的工作频段为432～444MHz，而电力系统中噪声频段一般为300MHz，所以系统抗干扰性强，可长期稳定工作。

（4）无线射频信号具有一定的穿透绕射能力，可广泛用于测量可视范围内及存在障碍物的各种物体的温度。

（5）单点测温时间可达1 s，测温实时性好，测温范围可达-25～125℃。

4 基于无源无线测温技术的厂用母线快速保护

厂用母线故障多数是开关触头发热引起的，采用无源无线温度监测系统对厂用母线、开关触点进行温度监测，并且与高厂变、启备变等快速保护模块连接，既能对开关触头恶化的过程进行监控，又能快速切除故障，同时还满足了继电保护快速性、选择性、灵敏性和可靠性的要求。无源无线温度监测系统通过温度传感器获取触点温度，将温度信号通过无线方式传输到温度采集器进行相应处理，进而传输到监控终端以及保护回路。无源无线温度监测系统整体框架如图2所示。

图2 无源无线温度监测系统整体框架

为了更好地监测厂用母线开关柜触点温度，在母线／母线支流与接触器（高压开关）的进、出线触点的每相均安装1个温度传感器，即每个开关柜配备6个温度传感器和1个采集器。6 kV母线开关柜无源无线温度在线监测系统拓扑图如图3所示。

图3 系统拓扑图

系统包括前端采集模块、数据传输模块、数据读取模块、监控模块及保护单元接口，由温度传感器、天线、温度采集器、电源适配器、单机温度显示仪、多机温度监控终端及上位机监控系统组成。温度传感器直接安装在被测物体表面，负责接收、探询射频信号，并将带温度信息的射频信号返回到采集器。数据读取模块完成射频信号的放大、滤波及A／D转换，最终实现参数的监测，并通过上行信道传递到上级设备进行显示、报警提示，当温度超过设定的阈值后，给保护单元一个开关量信号，实现厂用母线的保护。

5 系统保护

通过测温系统可实时监测触点的温度信号，由温度采集器处理、识别每路温度信号并判断温度的高低，发出报警信号或切除故障的命令。故障处理方式为：将温度信号发送给电厂分散控制系统（DCS），通过DCS现有的跳闸回路切除故障。具体的信号传递方式根据电厂DCS预留接口确定。

系统安装点示意如图4所示，保护跳闸的出口情况为：（1）当K1点故障，启动启备变快速保护；（2）当K2点故障，切除QF1开关，并闭锁QF2开关合闸信号；（3）当K3点故障，启动发电机变压器组保护快速解列灭磁；（4）当K4点故障，切除QF2开关，并闭锁快切信号；（5）当K5点故障，切除整段母线；（6）当K6点故障，切除QF3开关。

图4 系统安装点示意

6 结束语

本文探讨了利用先进的无源无线温度监测技术来实现传统的继电保护，让继电保护从原来的模式中解放出来，完善了保护功能，增强了继电保护系统的实时性、稳定性和可靠性。

（本文责编：刘芳）

TM 83

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1674-1951（2015）08-0059-02

潘启明（1982—），男，贵州天柱人，助理工程师，从事电气专业技术管理方面的工作（E-mail：578023955＠qq.com）。

2015-01-05；

2015-06-30