基于无线通讯及绝缘的多监测参量系统

刘光祺,王科,马仪,陈磊,彭晶,项恩新,刘红文

(云南电网公司电力科学研究院,昆明 650217)

基于无线通讯及绝缘的多监测参量系统

刘光祺,王科,马仪,陈磊,彭晶,项恩新,刘红文

(云南电网公司电力科学研究院,昆明 650217)

针对中压箱、柜式组合电器发热及放电现象,介绍了基于无线通讯及绝缘技术的温度、电流、相对湿度、臭氧多参量监测系统的开发及测试情况,测试结果表明该系统能正确监测温度、电流、相对湿度和臭氧数据,测量偏差可接受,系统运行正常。

无线通讯及绝缘技术；电流；温度；相对湿度；臭氧

0 前言

中压箱、柜式 “组合电器”裸露于空气中的隔室,因运行振动、负荷变化、装配及元件缺陷等原因不可避免存在接头发热、局部放电现象[1-4]。发热缺陷在电气设备上出现的最多,运行振动、安装工艺偏差、材质缺陷等均会导致[5]。无线测温、光纤测温也有较多的应用[6-8]。据统计,云网目前安装无线测温系统的开关柜达1236面,占总数的14.16%,透可见光的红外玻璃应用也较多[9-10]。

湿度对箱柜空气隔室元器件绝缘有重要影响,文献 [11-12]指出：湿度对开关柜内绝缘部件有显著影响,潮湿环境下温度骤变易引起电气部件表面凝露,而长期处于其中的绝缘部件存在水分侵入影响性能的风险,尤其在局放配合下,绝缘失效概率大增,湿度增加,影响更甚。空气中的放电伴随臭氧的生成[13],臭氧在空气中的存在受放电功率、气压、气体流量及湿度影响[14],箱柜中空气处于相对封闭状态,以电晕、高电位悬浮为主的放电所产生的臭氧易扩散至整个腔体[15-16],其强氧化性会对其中的金属及绝缘部件产生腐蚀[17]。

对于中压箱、柜式组合电器的空气绝缘隔室,提出了基于无线通讯及绝缘技术的温度、电流、相对湿度、臭氧4个监测参量系统,反映其中的发热及放电现象。

1 系统结构

系统包括传感器、接收终端和电脑后台,如图1(a)所示。其中传感器为核心部件,含取能模块、信号采集模块、数据处理模块及无线传输模块,其监测流程如图1(b)所示。传感器利用电磁感应抽能供电。系统主要功能：实时监测电流负荷；实时监测节点温度数值；实时监测节点的相对湿度；实时监测各节点的臭氧含量；超限报警；组网运行。置于高电位端的传感器分时采集,将得到的电流、温度、相对湿度和臭氧数据通过无线方式传输到处于地端的监测终端,并滚动显示,多监测终端组网时可在电脑后台进行系统显示和高级分析。

图1 系统结构及传感器监测流程图

2 性能测试及分析

2.1 电流、温度参数测试

试验平台如图2所示,升流器对一次绝缘的金属闭合回路施加目标电流,平台具备0～2 000 A输出能力。测试对象为ZR-YJV62-8.7/10 kV 1 ×300电缆、KYN28-12型10 kV开关柜,试验对象接线如图3所示。传感器布置在测试对象上,监测电流及布点处温度。电流比对采用升流器自带的电流互感器与传感器进行,温度比对采用FLUKE62型便携式红外测温仪与传感器进行。

图2 升流试验平台示意图

图3 电流、温度测试接线图

电缆、开关柜串联时测试电流为：25 A、30 A、35 A、40 A、50 A、100 A、300 A；纯电缆的测试电流为：500 A、1 000 A、1 500 A。测试结果表明：回路电流小于35 A时系统供能不足,有数据丢包现象且测量偏差较大；回路电流大于35 A时传感器电流测量偏差低于±5%,温度测量偏差低于±1℃。

2.2 相对湿度参数测试

测试对象为ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300电缆。在电缆某处布置一个封闭罩,内部放有加湿器以便调节空气湿度；传感器分别放置在封闭罩内电缆上和封闭罩外电缆上,如图4所示。相对湿度比对用Testo625型湿度计与传感器进行。

图4 相对湿度测试示意图

施加电流为100 A,控制加湿器对封闭罩内空间加湿,加湿5分钟后关闭加湿器,监测封闭罩内外传感器的湿度变化,同时与湿度计测试结果对比,测试结果表明：传感器对变化缓慢的环境相对湿度监测偏差低于1%RH,而对湿度变化迅速的封闭罩内空间,偏差超过5%RH,可能的原因是罩内湿度的变化速度超过传感器更新数据的频率 (1分钟/次),传感器上传给后台的数据并不是 “实时”的。

2.3 电压影响测试

电压电流双施加试验平台[18～19]如图5所示,一次对地绝缘的金属回路通过升流器产生目标电流,并通过试验变压器给一次回路施加目标电压,测试系统具备等效的电压、电流双施加工况,平台具备150 kV/2 000 A试验能力。测试对象为ZR -YJV62-8.7/10 kV 1×300电缆,传感器布置于电缆某处,实时地把监测到的温度、环境相对湿度、电流数据上传至终端显示。

图5 电压、电流双施加试验平台示意图

施加电流：100 A,施加电压：0 kV、3 kV、6 kV、9 kV、12 kV、15 kV逐级升压。试验结果如图6所示。

图6 电压影响测试结果

测试结果表明：在0～15 kV范围内传感器能正常工作,电流、温度、相对湿度的最大测量偏差分别为-3.5%、5.4%、2.2%。

2.4 臭氧参数测试

测试对象为ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300电缆,电缆与升流试验平台组成回路。一次对地绝缘的金属回路单点接地,外部电源对接地的金属回路放电,对放电产生的臭氧进行监测,如图7所示。臭氧测试采用相对法进行,一只传感器布置于靠近放电点,一只可调节布置于距放电点不同距离处,一只布置于远离放电点10 m外作背景对比。

图7 臭氧测试接线示意图

一次回路施加电流为100 A,外部电源施加电压为5 kV～30 kV逐级变化,测试传感器在不同施加电压下和距放电不同距离处及背景的臭氧监测量。结果如图8所示。

图8 臭氧测试结果

测试结果表明：传感器能监测到臭氧,可呈现分级差异,对于臭氧含量传感器以电压数据(mV)的形式表征。随着放电的减弱和传感器距放电处距离的增加臭氧含量逐渐减小。

2.5 等效运行工况下多参数测试

利用电压、电流双施加试验平台,测试对象为ZR-YJV62-8.7/10 kV 1×300电缆、KYN28-12型10 kV开关柜,试验接线如图9所示。在开关柜母线上绕制多匝带毛刺的铜线作为放电缺陷,隔室中远离放电点地端放置加湿器持续加湿,传感器布置在柜内靠近缺陷处,柜外电缆上布置1只作背景对比。

图9 等效运行工况测试接线示意图

施加电流为300 A,施加电压为0 kV、3 kV、6 kV、9 kV、12 kV、15 kV逐级升压,试验结果如图10所示。

图10 等效运行工况测试结果

测试结果表明：在施加0～15 kV可调电压、300 A电流工况下,传感器的电流、温度和相对湿度监测最大偏差分别为-5.7%、4.8%、-4.6%。对于臭氧的监测,在不同电压下,缺陷放电端和背景环境的臭氧含量有着明显的区别：背景环境中的臭氧基本稳定不变,对于放电处,12 kV臭氧出现,到15 kV后放电加强、臭氧增多。这与现场实际相吻合,15 kV加压过后现场能明显闻到臭氧的存在。

3 结束语

开发的基于无线通讯及绝缘技术的温度、电流、相对湿度、臭氧多参量监测系统,在施加0～15 kV、0～1 500 A电压电流条件下能正确监测温度、电流、相对湿度和臭氧数据,测量偏差可接受,系统运行正常。

[1] 潘长明,刘刚,熊炬,等.高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施 [J].高压电器,2011,47(7)：90-93.

[2] 朱根良.浅谈中压开关柜事故调查中的故障分析 [J].高压电器,2002,38(5)：62-63.

[3] 李中祥,宋建成.高压隔离开关出头温度在线监测系统的研制 [J].高压电器,2009,45(2)：11-17.

[4] 关永刚,钱家骊.射频法在高压开关柜局放监测中的应用研究 [J].高压电器,2001,37(5)：1-3.

[5] 钱红涛,秦俊岭,郑俊洋,等.浅谈高压开关柜发热原因分析及改进措施 [C].2011年亚太智能电网与信息工程学术会议论文集,北京,2011：228-230.

[6] 杨帆.高压开关柜无线测温系统的研究 [D].武汉：华中科技大学,2011.

[7] 孟庆民.高压开关设备的温度在线监测研究 [J].高压电器,2006,42(5)：352-354.

[8] 孟庆民.光纤温度传感器用于电力高压开关在线监测的研究 [D].南京：东南大学,2005.

[9] 乐晓倩.红外窗口在开关柜上的应用研究 [J].硅谷, 2013,134(14)：76-76,85.

[10] 孟丹,舒朝君,黄刚.红外窗口在封闭式开关柜故障监测中的应用研究 [J].化工自动化及仪表.2010,37 (11)：41-44,48.

[11] 周加斌,陈玉峰,朱文兵,等.湿度对高压开关柜内绝缘影响的试验研究 [C].2013年中国电机工程学会年会论文集,成都,2013.

[12] 孟凡生,金观华,程光强,等.空气湿度对开关柜局部放电影响的试验研究 [J].浙江电力,2012,31(4)：51-53.

[13] Junhong Chen,Jane H.Ozone production in the positive DC corona discharge model and comparison to experiments[J]. Plasma Chemistry and Plasma Processing,2002.

[14] 吴春笃,郑丽菡,储金宇.空气放电产生臭氧的研究 [J] .高电压技术,2004,30(7)：50-52.

[15] 周迅,杨学昌.臭氧发生器中放电形式的研究 [J].清华大学学报 (自然科学版),1999,39(09).

[16] 罗强强,解光勇,全汝岱,等.电晕放电法制备臭氧技术研究 [J].信息技术,2009(4)：18-20.

[17] 周泽存,沈其工,方瑜,等.高电压技术 (第三版)[M] .北京：中国电力出版社.

[18] 王科,赵现平,马仪,等.一种电气设备电压、电流双施加试验装置 [P].中国发明专利,ZL 2011 1 0239243.7. 2013-08-19.

[19] 王科,陈磊,赵现平,等.一种电缆段隔离的电压、电流叠加电源成套装置 [P].中国实用新型专利,ZL 2012 2 0354791.4.2013-01-23.

Development and Testing of Multiple Parameters Monitoring System Based on Wireless Communication and Insulation

LIU Guangqi,WANG Ke,MA Yi,CHEN Lei,PENG Jing,XIANG Enxin,LIU Hongwen
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217,China)

Electrical equipment exposed in the air inevitably exists heating and discharge phenomenon during process of long-term operation in medium-voltage switchgear for running vibration,load change,assembly and components defects and other factors.Aiming at such developmental defects,this paper studies the development and testing of multiple parameters monitoring system based on the wireless communication and insulation technology.This system can monitor?temperature,current,relative humidity,ozone parameter at the same time.Test results show that the system can correctly monitor the temperature,current,relative humidity and ozone data,System is running normally and measuring deviation is acceptable.

wireless communication and insulation technology；current；temperature；relative humidity；ozone

TM73

B

1006-7345(2015)01-0141-04

2014-09-28

刘光祺 (1986),男,硕士,助理工程师,云南电网公司电力科学研究院,从事高电压研究工作 (e-mail)23819918＠qq.com。

王科 (1982),男,硕士,高级工程师,云南电网公司技术专家,云南电网公司电力科学研究院,从事高电压研究工作 (email)41872645＠qq.com。

马仪,男,硕士,高级工程师,云南电网公司电力科学研究院,从事高电压研究工作 (e-mail)42971995＠qq.com。