智能配电台区配电房环境变量监测及关键技术

卢 峰, 沈 骏, 王震宇, 岑 梁

(长兴县供电局, 浙江 长兴 313100)



智能配电台区配电房环境变量监测及关键技术

卢 峰, 沈 骏, 王震宇, 岑 梁

(长兴县供电局, 浙江 长兴 313100)

分析了配电房环境变量监测设备、变压器油温测量设备,以及配电变压器测量油温的传感器装置在浙江省长兴县供电局的应用情况,并验证了其有效性.

智能台区; 配电房; 环境变量测量; 配电变压器; 油温测量

智能电网的一个重要环节就是智能配电网的建设,配电变压器是整个配电台区的核心设备.配电台区是指从公用配电变压器到低压用户的供电区域,公用配电变压器(以下简称“配变”)是供电企业向低压用户提供优质电力的关键设备,但因设备维护不及时、监测不到位等导致的设备故障引起的非正常停电的情况时有发生.本文以国家电网长兴供电公司的应用为例,通过测量配电房环境监变量、变压器油温等数据变化,用以提高人工作业效率和配电台区综合管理水平.

1 整体系统框架

1.1 智能台区

基于智能配变监测系统智能台区结构如图1所示,智能配电台区系统由现场设备、中间通讯层、系统层3部分组成.其中,系统层和通讯层功能由已有的智能配变监测系统提供,通讯层可采用光纤、主流使用的GPRS和CDMA及短信通信,无需增加任何投资.智能配变终端与配变监测系统传输协议在浙江省电力公司发布的QGDW-11-143-2010 《电能信息采集与管理系统通信协议(配变终端部分)》及《电能信息采集与管理系统通信协议(配变终端部分)补充内容v1.0》的基础上进行扩充[1].

图1 基于智能配变监测系统智能台区结构

1.2 智能台区现场系统

智能台区现场设备需要增加智能环境采集器、智能门禁设备、智能漏保、智能电容器、智能台区中控仪、智能配变和终端等设备.本文着重研究智能配电台区配置中的配电网环境变量监测、变压器油温测量系统的设计,以及一种广泛适用于配变测温孔的封罩.

智能台区环境采集器可采集环境湿度、环境温度、水淹信号、烟感信号及设备状态等信息.

(1) 温度采集 将带有高温导线PT100高精度传感器测量变压器油温连接环境采集器,油温的变化会引起PT电阻值的变化,环境采集器内部通过采集PT电阻值的变化的模拟量经过A/D转换成对应的温度值的数字信号量.

(2) 环境湿度 通过模拟信号转换成数字信号量,智能漏保经过程序处理直接输出数字信号量,门禁管理设备具有与智能台区中控仪直接通讯的功能.上述所有设备通过RS485接口连接到智能台区中控仪存储处理后,由智能台区中控仪再通过RS485连接智能配变终端.智能电容器组通过单独一路RS485直接与配变管理终端连接.通过配变监测系统进行召测或由配变终端主动上送温度、湿度、设备状态、动作操作等数据,将配电台区所有电能参数环境数据设备状态数据一起存储于数据库中[2-3].

2 环境变量测量设备功能与设计

2.1 配电房环境采集器功能

环境采集器通过与智能配变终端级联通讯,将环境温度、环境湿度、水淹信号、烟感检测、入侵检测、门禁控制、设备状态监测等实时上传给智能配变终端,再通过智能配变终端的远程通讯通道将环境数据上传给主站前置机,通过主站应用系统就能实时、直观地查看公用配变台区现场的设备运行情况.设定相应的越限阈值,当公用配变台区现场环境告警阈值超过所设阈值时,即可报警,可以从根本上预防配电现场设备持续超负荷运行产生的各类灾害和损失.

图2为环境采集器原理框架.

图2 环境采集器原理框架

环境变量测量共设置有1路湿度测量、1路温度测量和3路状态检测(1路水淹检测、1路烟感检测及1路预留的状态检测).环境湿度测量系统使用高精度的AM2303湿度传感器.AM2303作为湿度的采集模块,使用目前优秀的STM32单片机作为系统的中央处理器,可将AM2303采集到的湿度信号经处理后上传给上层的中控仪.

温度测量设备的电源输入采用三相四线的输入方式,只要任意两条电源线之间具有65～460 V的交流电压或80～650 V的直流电压,均能正常工作,这一特点可以保证供电在缺1相或2相或是零线开路的情况下都能正常工作,大大提高了系统的可靠性.

2.2 环境采集器与上层设备之间的传输协议

帧格式引用《DL/T 645-1997 多功能电能表通信协议》,在其基础上扩充附录中的数据标识编码以满足配变该类设备的通信需求数据标识编码(温度及环境变量部分),具体如表1所示(表1中的数据为中继召测数据).

表1 适用于环境变量采集及变压器温度采集的DL/T645—1997规约扩展数据项

注:因温度有负值(测量范围-50～200 ℃),故规定若温度为负值,最高位为“1”,如100 ℃用BCD码1000H表示,-10 ℃ 用BCD码8100H表示.

以上扩展的数据项适用于全部的油浸式和干式变压器的配电房环境.可以根据需求定制加装所需的功能扩展组件.扩展数据项主要适用于智能配变终端与环境采集器之间的通讯协议[4-5].

3 变压器油温测量系统设计

3.1 温度测量设备功能与设计框图

变压器油温测量系统主要用于油浸式配变和干式变压器的环境温度测量和变压器油温测量以及三相绕组温度的读取.测温系统使用德国进口的贺利氏高精度高稳定性的温度传感器PT100作为温度的采集器,使用目前优秀的STM32单片机作为系统的中央处理器,将PT100采集到的温度信号经处理后上传给上层的数据中控仪.

温度测量设备的电源输入采用三相四线的输入方式,只要任意两条电源线之间具有65～460 V的交流电压或80～650 V的直流电压,均能正常工作,这一特点可以保证供电在缺1相或2相或是零线开路的情况下都能正常工作,大大提高了系统的可靠性.变压器油温采集器原理如图3所示.

图3 变压器油温采集器原理框架

3.2 直接接触式测量变压器油温

接触式测量以“处于同一平衡状态下的物体具有相同温度”的原理为基础,测量时仪表的触头要与被测物处于热平衡状态,只有这样,结果显示才准确.接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触,两者之间进行充分的热交换,最后达到热平衡,这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值.

传感器是指将感受到的物理量、化学量等信息,按照一定规律转换成便于测量和传输的信号的装置.独立式电阻传感器由热电阻、绝缘套管、保护套管、高温导线、接线盒及接线盒盖组成.

独立式电阻传感器测温工作原理为:采用热电阻作为测温元件,利用金属导体的电阻值随温度变化而改变的特性来进行温度的测量.纯金属及多数合金的电阻率随温度的升高而增加,即具有正的温度系数.在一定温度范围内,电阻与温度的关系是线性的.温度的变化可导致金属导体电阻的变化.因此,只要测出电阻值的变化就可达到测量温度的目的.

电阻与温度的关系为:

(1)

式中:Rt——温度t时的电阻值;R0——温度t0时的电阻值;t0——起始温度,一般规定为0 ℃;a0——温度系数(以0 ℃为起始温度);

独立式电阻传感器测温常见的故障有:电阻电阻丝之间短路或接地;热电阻电阻丝断开;保护套管内有积水或污物,局部短路;电阻元件与接线盒间的引出导线断路;连接导线接触不良使电阻值增大,或有局部短路等.

本系统采用独立式热电阻,主要用于配变顶层油温的测量.独立式热电阻性能检测值(pt100)如表2和表3所示.

表2 独立式热电阻性能检测值

表3 独立式热电阻震动前后性能检测值

4 油浸式配变测温孔油温测量传感器密封罩的改进

到目前为止,国内针对低压配变油温测量项目几乎处于空白状态.由于国内不同地区、不同厂家生产的配变预留测温孔规格尺寸没有统一的标准,这是测量配变油温目前没有普遍推广使用的原因之一.

针对电力公司管辖的配变数量众多、厂家多、型号多、容量不同等特性,对测温装置套件的要求是既能满足不同厂家规格型号配变的油温测量,同时安装也要方便快捷.随着智能电网建设的进一步加快,对配变油温进行监测可以有效地监测变压器及线路设备的运行状态,提前预警处理因超载运转而造成的不必要的损失[6].

本文将对现有的油浸式低压配变油温测量传感器探头进行改进,其优点如下:一是适用于各厂家的各种型号规格的油浸式配变对变压器顶层油温的测量;二是无需定制其他的辅助设备,根据测温预留孔的通用特征方便加装改造现运行的油浸式低压配变;三是测量油温的传感器探头需高压、低压线路断开停电的状态下才能够安装,本装置可以快速方便地安装到配变测温预留孔上,以保证在极短的时间内就可以恢复供电.

一种广泛适用于配变测温孔测温传感器封闭罩结构如图4所示.

图4 一种广泛适用于配变测温孔

该结构由304不锈钢材料铠装探头、不锈钢固定螺纹、玻璃钢防水罩、耐腐蚀耐高温橡胶密封片、高温导线及永磁钢片组成.将配变低压侧测温预留孔的螺帽拧开注入4/5变压器油,将整个探头插入测温预留孔即可.

其原理为:传感器探头顶部带有磁钢,用不锈钢螺丝前后固定,磁钢底部不锈钢螺丝直径设计尺寸为10 mm,小于大多数主流变压器测温预留孔直径,底部不锈钢螺丝可以完全深入孔内.此时位于顶部的磁钢将牢牢吸附在变压器测温预留孔上,同时玻璃防水帽将往下延伸,可以有效防止外部的雨水等污秽进入.防水罩和螺丝与不锈钢温度杆之间采用橡胶垫片密封,可以保证顶部的雨水不能进入变压器测温孔.其试验结果如表4所示.

表4 PT100传感器高温导线的标准值与实际检测值

此外,试验表明,PT100传感器高温导线外表光洁无颗粒;成品电缆交流磊试验也表明,1 kV/5 min不击穿.由此表明,测温装置套件能够适应30～400 kV及以上所有厂家型号油浸式配变的测温需求.

5 结 语

本文介绍了一种智能配电台区配电房环境变量监测系统.在该系统中,温度测量设备的电源输入采用三相四线的输入方式,可以保证供电在缺1相、2相或是零线开路的情况下都能正常工作,大大提高了系统的可靠性.通过该系统对变电站环境进行监测,当配电房环境采集器通过设定相应的越限阈值时,系统报警,从而使被监测设备得到及时的维护,从根本上预防配电现场设备持续超负荷运行产生的各类灾害和损失.因此,本系统的研制可全方位提高配电及台区的运行水平和综合管理效率,具有重要的工程应用价值.

[1] 徐丙垠,李天友,薛永端,等.智能配电网与配电自动化[J].电力系统自动化,2009(17):38-41.

[2] 陈树勇,宋书芳,李兰欣,等.智能电网技术综述[J].电网技术,2009,33(8):l-7.

[3] 张文亮,刘壮志.智能电网的研究进展及发展趋势[J].电网技术,2009,13(7):1-11.

[4] 顾欣欣,姜宁,季侃.智能配电网自愈控制技术的实践与展望[J].电力建设,2009,30(7):4-6.

[5] 岳仁超.智能配电台区在低压配电系统中的应用[J].低压电器,2013(13):47-49.

[6] 李晓军,金哲,崔征,等.电压质量管理与考评体系[J].农村电气化,2010(2):7-9.

(编辑 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

简介：卢峰(1976-),男,硕士,高级工程师,浙江长兴人,主要研究方向为配电网运行管理,E-mail:398208966@qq.com

TM64;TM76

A

1006-4729(2016)05-0473-05