無源無線測(cè)溫裝置在變壓器中的應(yīng)用

時(shí)間：2022-05-24作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：436

溫度是變壓器運(yùn)作情況的重要主要參數(shù)之一，對(duì)變壓器溫度開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可合理預(yù)防傷亡事故，確保變壓器機(jī)器設(shè)備可靠平穩(wěn)運(yùn)作。西的分析工作人員朱建華、梁棟、張麗麗、翟海文、馮利婭，在2020年*1期《電氣技術(shù)》雜志期刊上發(fā)文，明確提出一種無源無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫裝置。

科學(xué)研究結(jié)果顯示，該裝置的無線天線在433MHz輸出功率下使用性能優(yōu)質(zhì)，并可以長(zhǎng)期性、安全性、合理檢測(cè)變壓器的溫度轉(zhuǎn)變，防止因變壓器運(yùn)作溫度過高造成變壓器安全風(fēng)險(xiǎn)，為變壓器的可靠運(yùn)作給予工藝確保。

伴隨著我國(guó)電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)規(guī)模的迅速發(fā)展趨勢(shì)，用電量需要量也在持續(xù)增長(zhǎng)，電力工程變壓器持續(xù)在向大空間、高電壓方位發(fā)展趨勢(shì)。變壓器做為供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵電氣設(shè)備，運(yùn)作的安全性穩(wěn)定性可能對(duì)電力的輸電品質(zhì)造成直接的危害。電力工程變壓器常見故障具體有性熱常見故障和電荷常見故障，在其中**溫常見故障占總故障數(shù)量的63%上下。因而，合理執(zhí)行對(duì)變壓器溫度在線監(jiān)控對(duì)確保變壓器的可靠平穩(wěn)運(yùn)作有著關(guān)鍵實(shí)際意義。

大體上看，可將當(dāng)下的測(cè)溫方法分成按時(shí)檢查和隨時(shí)線上測(cè)溫二種。在其中，按時(shí)檢驗(yàn)的方法主要是有紅外檢測(cè)儀方法和根據(jù)保護(hù)性實(shí)驗(yàn)的斷電測(cè)溫方法二種，這兩種方法均存有測(cè)溫勞動(dòng)量大、高效率低、不可以即時(shí)檢驗(yàn)溫度的問題。

從取電方法上看，可將線上測(cè)溫方法具體分成數(shù)字功放測(cè)溫和無源測(cè)溫二種。在其中：數(shù)字功放測(cè)溫方法有夜視攝像頭測(cè)溫方法，運(yùn)用紅外成像基本原理開展溫度的即時(shí)檢驗(yàn)，但成本費(fèi)特別高；無源測(cè)溫感應(yīng)器關(guān)鍵有鉑熱電阻溫度感應(yīng)器、金屬測(cè)溫感應(yīng)器、聲表面波測(cè)溫傳感器和磁感應(yīng)取電測(cè)溫感應(yīng)器等。

在無源測(cè)溫傳感器中：鉑熱電阻溫度感應(yīng)器選用電纜線開展數(shù)據(jù)信號(hào)傳送，溫度數(shù)據(jù)信號(hào)受環(huán)境危害大；金屬測(cè)溫感應(yīng)器選用金屬做為傳送電源線，測(cè)溫精密度和傳輸數(shù)據(jù)品質(zhì)較鉑熱電阻溫度感應(yīng)器高些，但安裝的時(shí)候容易將金屬芯斷裂且費(fèi)用較高；聲表面波測(cè)溫感應(yīng)器運(yùn)用一部分化學(xué)物質(zhì)吸附的光譜儀隨溫度轉(zhuǎn)變而變動(dòng)的基本原理，剖析光纖傳輸?shù)墓庾V儀掌握即時(shí)溫度，但存有傳送間距短的缺陷；磁感應(yīng)取電測(cè)溫感應(yīng)器則務(wù)必在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)**過一定值后能夠正常的工作中，存有運(yùn)用范疇受到限制的問題。

對(duì)于這種問題，文中提起一種根據(jù)無源無線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)的變壓器測(cè)溫裝置，選用無源無線通信技術(shù)和溫差發(fā)電技術(shù)性，完成變壓器溫度在線監(jiān)控，可以及時(shí)處理變壓器溫度異常現(xiàn)象，避免變壓器安全事故的產(chǎn)生。

1 溫差發(fā)電基礎(chǔ)理論（略）

在溫度梯度方向下，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體內(nèi)的自由電子從冷端向冷端健身運(yùn)動(dòng)，并在冷端沉積，進(jìn)而在原料內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生電位差，與此同時(shí)在該電位差效果下造成一個(gè)反方向正電荷流，當(dāng)熱運(yùn)動(dòng)的電荷流與內(nèi)部結(jié)構(gòu)靜電場(chǎng)做到平衡時(shí)，半導(dǎo)體材料兩邊產(chǎn)生比較穩(wěn)定的溫度差感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種情況被稱作塞貝克效應(yīng)。溫差發(fā)電元器件結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所顯示。

圖1 溫差發(fā)電元器件結(jié)構(gòu)示意圖

本裝置的關(guān)鍵元器件是熱電產(chǎn)生器，該熱電發(fā)生器兩邊各自為冷端和冷端。在熱電產(chǎn)生器冷端和冷端溫度差做到一定水平后，熱電產(chǎn)生器將發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為電磁能，通過后面電源電路的處置后給本裝置本身配電。

熱電產(chǎn)生器模塊控制模塊的平面圖如下圖2所顯示。根據(jù)串連、并接或是二種融合的形式將好幾個(gè)熱電變換模塊電容量一個(gè)總體。根據(jù)熱電產(chǎn)生器模塊控制模塊，熱電產(chǎn)生元器件將形成的熱量轉(zhuǎn)換為電磁能，即可以完成熱電變換。

圖2 熱電產(chǎn)生器模塊控制模塊的平面圖

2 數(shù)據(jù)信號(hào)傳送基礎(chǔ)理論（略）

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)**器阻抗匹配基礎(chǔ)理論

由阻抗匹配理論得知，當(dāng)設(shè)計(jì)方案網(wǎng)絡(luò)信號(hào)發(fā)送無線天線時(shí)，應(yīng)使其同軸電纜電源電路中的負(fù)荷特性阻抗和輸入電阻達(dá)到共軛配對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，以獲取最高的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出功率，進(jìn)而促使數(shù)據(jù)信號(hào)傳送特性達(dá)到最好。

2.2 無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)**器的設(shè)計(jì)方案

本測(cè)溫裝置所制定的無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)**器為一種433MHz微型化螺旋狀印刷無線天線，天線結(jié)構(gòu)類型選用了微帶線在物質(zhì)硅片的左右雙層串?dāng)_來效仿螺旋式無線天線的布線方式。

在螺旋狀印刷無線天線的制定中，根據(jù)半徑大小為0.35mm的銅孔將無線天線**層和下一層的布線端開展聯(lián)接，這類接口方式不僅可以有效的降低無線天線布線的使用室內(nèi)空間，還能夠提升無線天線電源電路途徑的物理學(xué)長(zhǎng)短。

此外，充分考慮**層無線天線和下一層無線天線中間存有干擾信號(hào)及其由**層無線天線和下一層無線天線方位不一樣的電流量布線而產(chǎn)生的增益值損耗狀況，根據(jù)**層無線天線和下一層無線天線中間的物質(zhì)硅片，還能有效的提升其增益值特點(diǎn)。

3 無源無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫裝置原理

無源無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫裝置由溫度感應(yīng)器、脈沖調(diào)制及隔離模塊、數(shù)據(jù)處理方法控制模塊、無線**模塊、無線接收器及其動(dòng)能管理方法電源電路、熱管散熱器及其熱電產(chǎn)生器等控制模塊組成。該裝置原理平面圖如下圖8所顯示。

圖8 裝置原理平面圖

該裝置的熱電產(chǎn)生器各有一冷端和冷端，熱管散熱器被安裝在冷端一側(cè)，并與該冷端立即開展導(dǎo)熱，安裝位置坐落于熱端一側(cè)，并與該冷端立即開展導(dǎo)熱。在熱電產(chǎn)生器冷端和冷端溫度差做到一定水平后，熱電產(chǎn)生器將發(fā)熱量轉(zhuǎn)換為電磁能，通過后面電源電路的處置后給本裝置本身配電。

動(dòng)能管理方法電源電路主要是由整流電路、啟動(dòng)電源電路和穩(wěn)壓電源電路三部份構(gòu)成。整流電路承擔(dān)將熱電產(chǎn)生器輸出的較低壓上升，并存放在電容器或可充電電池中；啟動(dòng)電源電路操縱動(dòng)能的輸出，當(dāng)儲(chǔ)能器件的工作電壓升到高電壓閾值時(shí)，啟動(dòng)電源電路操縱開啟后級(jí)電源電路，動(dòng)能流入后級(jí)，供后面電源電路應(yīng)用，當(dāng)儲(chǔ)能器件的電流至低壓閾值時(shí)，啟動(dòng)電源電路操縱關(guān)拆斷級(jí)電源電路，儲(chǔ)能器件再次儲(chǔ)能技術(shù)，循環(huán)往復(fù)地工作中。

數(shù)據(jù)處理方法控制模塊根據(jù)操縱溫度感應(yīng)器按時(shí)收集測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)信息，并根據(jù)脈沖調(diào)制及隔離模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并供應(yīng)給數(shù)據(jù)處理方法控制模塊完成解決，數(shù)據(jù)處理方法控制模塊將處置過的信息根據(jù)無線**模塊傳出，由溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的另一控制模塊無線接收器接受，并提交PC、APP和大屏幕顯示。

4 測(cè)溫裝置在變壓器套管中的運(yùn)用

根據(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 4109—1999 高壓套管技術(shù)條件》，變壓器套管各一部分容許的最大溫度數(shù)值120℃，容許較大升溫為90℃。該測(cè)溫裝置的測(cè)溫范疇為0℃～140℃，傳送間距為50m，檢測(cè)精密度為1℃，從理論上可以達(dá)到變壓器套管溫度在線監(jiān)控的要求。

該裝置選用溫差發(fā)電處理芯片與溫度感應(yīng)器一體化的測(cè)溫計(jì)劃方案，將裝置用螺紋連接的方式組裝于變壓器套管插線板上開展溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。測(cè)溫裝置安裝平面圖如下圖9所顯示。因?yàn)闇y(cè)溫裝置選用根據(jù)溫差發(fā)電技術(shù)性的無源無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫方法，安裝后并不會(huì)危害變壓器套管的可靠運(yùn)作，因此巨大地點(diǎn)便了具體運(yùn)用，降低了中后期維護(hù)保養(yǎng)成本費(fèi)。

圖9 測(cè)溫裝置安裝平面圖

根據(jù)溫差發(fā)電的無源無線網(wǎng)絡(luò)測(cè)溫裝置的工作中平面圖如下圖10所顯示。

圖10 測(cè)溫裝置工作中平面圖

在具體運(yùn)用中，測(cè)溫裝置的整體工作內(nèi)容如下圖11所顯示。最先，測(cè)溫裝置的熱電產(chǎn)生器對(duì)溫度差開展判斷，當(dāng)冷端與冷端溫度差**過5℃時(shí)，溫度感應(yīng)器收集變壓器套管現(xiàn)階段情況的溫度數(shù)據(jù)信息，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)推送控制模塊將信息發(fā)給協(xié)調(diào)器，無線接收模塊將接受到的傳輸數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)層。

圖11 測(cè)溫裝置工作流程圖

以河南省某配電站為例子，選擇在其中一臺(tái)220kV變壓器高、中、低側(cè)的防水套管插線板的部位，共安裝9個(gè)測(cè)溫裝置，持續(xù)檢測(cè)變壓器套管溫度的的轉(zhuǎn)變。變壓器套管監(jiān)控點(diǎn)合理布局如下圖12所顯示。將測(cè)溫裝置安裝于變壓器套管髙壓側(cè)兩相，其具體安裝方位圖如下圖13所顯示。2019年7月河南省某配電站220kV變壓器套管溫度數(shù)據(jù)信息頁(yè)面如下圖14所顯示。

圖12 變壓器套管監(jiān)控點(diǎn)平面布置圖

圖13 測(cè)溫裝置具體安裝方位圖

圖14 河南省某配電站220kV變壓器套管溫度數(shù)據(jù)信息頁(yè)面

該套裝置自2016年安裝迄今，獲得了較好的使用實(shí)際效果，取得成功協(xié)助客戶解決了變壓器套管在運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中存在的不足。下邊融合2017年7月26日變壓器套管溫度為例子開展表明。圖15所顯示為該實(shí)例問題獲得處理前的變壓器套管溫度檢測(cè)結(jié)果。圖16所顯示為該實(shí)例問題搜索并處理后在正常的狀況下變壓器套管溫度檢測(cè)結(jié)果。

圖15 變壓器套管溫度檢測(cè)結(jié)果

圖16 正常的狀況下變壓器套管溫度檢測(cè)結(jié)果

從圖15可以看得出，髙壓B相插線板溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地**過別的髙壓側(cè)溫度，發(fā)生變壓器套管溫度異常情況。系統(tǒng)檢測(cè)確定，該問題發(fā)生的因素是變壓器套管插線板接觸不良現(xiàn)象而致使部分**溫。

確定問題后，將變壓器套管插線板再次開展布線。通過整頓，將變壓器套管溫度數(shù)據(jù)信息再次修復(fù)，立即協(xié)助客戶對(duì)變壓器套管運(yùn)作中存在問題開展處理，進(jìn)而**了變壓器的可靠運(yùn)作。

5 結(jié)果

文中指出了一套根據(jù)無源無線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)的變壓器測(cè)溫裝置。根據(jù)溫差發(fā)電基本原理的熱電產(chǎn)生控制模塊可以為測(cè)溫裝置配電，與此同時(shí)測(cè)溫控制模塊工作中，并將收集到的溫度數(shù)據(jù)信息根據(jù)加工處理后根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)推送控制模塊和無線接收模塊傳輸給網(wǎng)絡(luò)層，進(jìn)而達(dá)到了對(duì)變壓器的溫度檢測(cè)。

最終，根據(jù)將該套測(cè)溫裝置運(yùn)用于河南省某配電站變壓器套管中，經(jīng)溫度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)證了測(cè)溫裝置的安全性穩(wěn)定性和具體使用使用價(jià)值。該套測(cè)溫裝置體型小，維護(hù)保養(yǎng)低成本，可大力發(fā)展應(yīng)用，對(duì)維護(hù)保養(yǎng)變壓器等電氣設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)有著關(guān)鍵實(shí)際意義。


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