浅析首都国际机场10kV配电网电力设备在线测温系统

杨超 王劲松 仇远 冯孟超

摘要：根据首都国际机场10 kV配电网电力设备的状态监测需求，介绍了一种无线无源测温系统。该系统可以安全、可靠、便捷地获取电力设备实时温度信息，实现远程故障预警和状态分析的目的，为保障机场电网的安全运行提供强力支持。

关键词：无线无源技术;在线监测;机场电网;状态监测

0 引言

北京首都国际机场是“中国第一国门”，是我国最重要、规模最大、设备最先进、运输生产最繁忙的大型国际空港。随着首都国际机场旅客量逐年增加，首都国际机场对10 kV配电网的供电可靠性要求越来越高。为此，首都国际机场依托变电站在线温度监测信息化平台，基于变电站电力设备在线测温技术，对配电网设备运行状态进行实时监测，应用在线监测数据，整合设备检修计划、设备动态评价、设备巡检等各种信息，实现对机场电力设备设施的多维度、全过程监测和管控。

1 电力设备在线测温技术的重要作用

据统计，电力设备运行状态是影响机场电力系统安全运行的重要因素，电力设备发生故障，可能导致机场电网大面积停电、电力设备破坏、系统振荡瓦解，严重时甚至导致人身伤亡，造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响，而高压柜和变压器故障是造成电网故障的常见设备故障。目前，机场电网中应用最多的是金属铠装封闭式中置柜和干式变压器，其在高电压、大电流条件下长期运行，散热效果相对较差，且无法通过红外测温等技术对柜内设备进行测温，造成变电站内发生多起进出线桩头过热、电缆搭接处故障、母线故障等过热性故障，直接影响了机场电网的安全、稳定运行。因此，机场电网采用有效的在线测温技术对高压开关柜和变压器的关键部位进行在线监测势在必行，提前对故障做出研判，实现对高压供电核心设备的故障诊断和状态监测，可确保机场电网可靠供电。

2 无线无源测温技术的应用

目前首都机场对电力设备普遍使用示温蜡片或定期红外测温仪逐点测温，测温方法落后，监测周期长，漏检概率高，需要大量人力物力，同时对开关柜内部的断路器、刀闸、动静触头等无法进行人工巡查测温。国内外科研机构、各大院校对变电站设备温度在线监测技术进行了深入研究，利用温度在线监测技术弥补了传统人工监测存在的缺陷，提高了温度监测的有效性[1]。常用的在线监测技术有红外成像技术、光纤测温技术、红外信号接触测温技术、无线无源测温技术。其中，红外成像技术测温不精确，光纤测温技术投资大、设备复杂，红外信号接触测温技术无法单独在封闭空间内使用，因此本文主要研究无线无源测温技术。

2.1    无线无源测温技术的原理

无线无源测温技术根据取温点位置的不同，采用不同的取电传感器，主要包括电流取电传感器和电场取电传感器，为开关柜静触头、耐张线夹处、电缆搭接处、变压器进出线接头等的测温提供电源，减少对电池的使用，扩大了电力设备在线监测的适用范围。电流取电传感器利用环形CT、电磁压电复合式微型发电器，获取输电线路的电磁能量并转换为电能，常应用于接线桩头处。电场取电传感器利用空间电场电位差来采集电能，不受电流大小影响，常应用于断路器梅花触头处。温度测量采用红外测温原理，通过红外探头汇集其视场内的目标红外辐射能量，将红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，按照仪器内部算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。

2.2    无线无源测温系统的组成

该无线无源测温系统组成如图1所示，采用分层结构，主要包括设备层、数据传输层、监测云监控层、用户应用层，其中设备层主要有多个无线无源传感器组成ZIGBee无线传感网络，由接收装置接收多个传感器的温度信息，并通过无线或串口方式送至5G路由器。数据传输层由5G路由器组成，通过汇集接收装置温度信息，传至外网变电站在线测温监测云平台。监测云监控层实现对多个站点无线测温数据的集中采集、监控、分析、存储、预警及诊断功能。用户应用层实现了用户通过终端设备，如手机、平板电脑对变电站状态的远程监视和接收警告信息。

3 变电设备温度在线监测数据挖掘與应用

利用温度在线监测数据可及时发现变电站电力设备的发热初期，提示检修人员对该设备进行故障精准定位，防止停电事故和人身伤亡事故的发生。无线无源测温系统通过横向、纵向对三相的相对温差、绝对温差、负荷电流及环境温度等参数采集，进行历史数据及实时数据的对比和分析，形成数据报告。配电系统在正常情况下，横向A、B、C三相触头、连接处及同一相上下触头、连接处的温度相同。配电系统发生发热故障时，触头或连接处电阻不同，故障处的温度变化将出现显著差异。运维人员在排除三相同时出现故障的小概率事件后，通过横纵对比分析进行故障点预警。

同一变电设备在横向对比中，被检测相表面温度（T）和环境温度参照体表面环境温度（T0）之差定义为温升（Δ），三相监测点温度中任意两相的温度差为绝对温差（§），则：

§AB=（ΔA-ΔB）/ΔA×100%=（TA-TB）/（TA-T0）×100%（1）

§BC=（ΔB-ΔC）/ΔB×100%=（TB-TC）/（TB-T0）×100%（2）

§AC=（ΔA-ΔC）/ΔA×100%=（TA-TC）/（TA-T0）×100%（3）

同一变电设备在纵向对比中，对比高压柜上下触头温度（T1、T2）或者不同位置同相温度（T1、T2）的绝对温差（&），则：

&A=（TA1-TA2）/（TA1-T0）×100%（4）

&B=（TB1-TB2）/（TB1-T0）×100% （5）

&C=（TC1-TC2）/（TC1-T0）×100% （6）

通过历史数据、实际经验，确定阈值§与&，当横向对比结果出现某相检测值超过阈值时，进行纵向对比，若也超出阈值，则系统发出预警信号。系统通过实时监测温度值，进行数据处理，更新阈值，提高系统在线诊断的可靠性。同时，可以与巡视数据进行对比，监测在线监测装置数据的正确性，为后期设备检修提供依据。

4 结语

本文根据首都国际机场10 kV配电网电力设备的状态监测需求，介绍了一种无线无源测温系统。该系统具有布置简单、改造方便、安全性高等优点。随着机场电网带电监测及在线监测技术的不断推广和应用，机场电网设备检修逐渐形成了状态检修与停电预试检修相结合的检修模式，下一步将不断完善在线监测和带电监测技术数据传输的安全性和可靠性，提高机场电网检修效率以及故障预判、设备状态评估能力，为机场电网电力设备的安全运行保驾护航。

[参考文献]

[1] 刘国振.高压开关柜温度在线监测技术探析[J].科学与信息化，2019（7）：32.

收稿日期：2020-09-04

作者简介：杨超（1989—），男，北京人，硕士研究生，电气工程师，主要从事机场电力运行方面工作。