高壓電力設(shè)備火災監(jiān)測及預警系統(tǒng)

高壓電力設(shè)備火災監(jiān)測及預警系統(tǒng)摘要：發(fā)電廠或變電站一旦發(fā)生高壓設(shè)備火災，將會造成重大損失。本文分析了高壓設(shè)備發(fā)生故障的原因，介紹了一種通過監(jiān)測溫度來檢測高壓設(shè)備故障的方法，闡述了高壓設(shè)備故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的功能和應用。該系統(tǒng)的溫度在線監(jiān)測和火災預警功能，對保證電廠的安全生產(chǎn)和變電站輸變電的安全操作，減少經(jīng)濟損失起到重要作用。

關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備故障溫度在線監(jiān)測火災預警在現(xiàn)代社會中，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，且和人民生活息息相關(guān)。電力事故是國民經(jīng)濟的一大災難，它不僅影響企業(yè)本身的經(jīng)濟效益，而且會給國家財產(chǎn)和職工的生命安全造成巨大損失。

高壓設(shè)備包括發(fā)電機、變壓器、高壓開關(guān)、高壓電纜等是電力工業(yè)中重要的發(fā)電和輸配電設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著十分重要的作用，隨著我國城市電網(wǎng)建設(shè)速度加快，封閉式組合電器將得到大量的運用，但相比國外產(chǎn)品，國產(chǎn)封閉式組合電器和氣體斷路器在可靠性和運行業(yè)績方面存在較大差距。

在"十五"期間，電力行業(yè)的工作重點將圍繞"西電東送"和全國聯(lián)網(wǎng)工程展開。這其中輸電、變電工程建設(shè)將是重頭戲。輸電、變電領(lǐng)域的安全事故雖然較發(fā)電等環(huán)節(jié)的事故一般要小，但對用電企業(yè)和人民的日常生活的影響是巨大的。其破壞性在某種程度上甚至超過了發(fā)電事故。

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故障原因分析

長期以來我國的電網(wǎng)設(shè)備的應用未得到應有的重視，電力設(shè)備技術(shù)性能落后、陳舊，可靠性低，導致事故頻繁發(fā)生，造成設(shè)備損壞，危及人身安全，直接影響了人民生活和經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展。

2003年，河北某鋼廠的中部站高壓開關(guān)柜過熱爆炸，導致了該鋼廠的50噸煉鐵高爐停轉(zhuǎn)，近三十噸的鋼水凝固在爐中，直接經(jīng)濟損失高達數(shù)千萬元。

2001年，上海供電局因高壓電纜接頭過熱引起火災，大量電纜被燒損，導致市區(qū)大面積停電事故，造成損失近千萬。

高壓設(shè)備刀閘等部位的連接是否緊密，開關(guān)表面是否氧化腐蝕,

緊固螺栓是否松動等問題都無法在運行時發(fā)現(xiàn)，而這些都是造成高壓設(shè)備過熱甚至出現(xiàn)嚴重事故的誘因，如何通過對溫度的在線監(jiān)測來避免事故的發(fā)生就成為目前的主要問題。

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目前常用的溫度監(jiān)測方法

熱敏電阻式測溫系統(tǒng):

可以顯示溫度值，但由于每個熱敏電阻都需要獨立的接線、布線復雜且熱敏電阻易損壞、維護量大;

傳感器不具備自檢功能，需要經(jīng)常校驗，因此不常采用。

紅外探頭測溫系統(tǒng):

可以在線監(jiān)測，但由于系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，外加受環(huán)境影響嚴重，誤報較多，也不常采用。

電傳感光傳輸測溫系統(tǒng):

可以顯示溫度值，但是由于采用電學原理測量，因此只適合6kV以下的開關(guān)使用，對于高電壓等級的開關(guān)則無能為力。

分布式光纖光柵測溫系統(tǒng):

這是針對上述系統(tǒng)的缺陷而研制的一種新的溫度在線測試方法，它可對高壓設(shè)備溫度進行在線監(jiān)測，隨時了解高壓設(shè)備的溫度變化，及時發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障并進行報警。

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系統(tǒng)的組成

高壓設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用了當今先進的通信技術(shù)、微處理器技術(shù)、數(shù)字化溫度傳感技術(shù)及以及獨創(chuàng)設(shè)計的低溫、強電場、潮濕環(huán)境運行技術(shù)，避免了高壓設(shè)備內(nèi)強大電場的干擾，完整安全地把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)視終端。

該系統(tǒng)針對目前高壓設(shè)備中引發(fā)溫度故障最頻繁的位置設(shè)置溫度監(jiān)測點，基本上分為四大部分:

①發(fā)電機“定子”軸承溫度監(jiān)測;

②高壓變壓器的繞組溫度監(jiān)測;

③高壓開關(guān)的開關(guān)觸點及刀閘溫度監(jiān)測;

④電纜溝內(nèi)高壓電纜接頭的溫度監(jiān)測。并且針對這四部分分別設(shè)定了相應的溫度監(jiān)測方式。

該系統(tǒng)具有良好的計算機界面、可顯示高壓設(shè)備模擬圖,

顯示傳感器所監(jiān)測的實際位置及所有高壓設(shè)備型號、位置及開關(guān)刀閘等參數(shù)，當運行中高壓設(shè)備出現(xiàn)異常時，顯示畫面及事故音響同時發(fā)出報警信號，可通過計算機的高壓設(shè)備模擬圖上直接查看，并能迅速準確地判斷出發(fā)生故障的實際位置，很大程度上提高了開關(guān)柜運行的可靠性及技術(shù)管理水平。

3.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

光纖光柵電力電纜測溫系統(tǒng)采用全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)為星型網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)，通過光纖分析儀將MIS系統(tǒng)與分布于電纜溝、開關(guān)柜、變壓器以及發(fā)電機內(nèi)的傳感器連接起來。每個通道可掛接30個智能溫度傳感器，易于安裝維護與系統(tǒng)拓展。光纖材質(zhì)傳輸與光纖傳感器監(jiān)測，現(xiàn)場完全無電保證系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境下可靠運行。下圖為報警系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖:

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在高壓開關(guān)的觸點及刀閘處，可以在高壓開關(guān)的運行過程中實時的采集高壓開關(guān)的工作溫度，對于高壓開關(guān)的異常溫升會直接發(fā)送到控制室，從而有效地保障了輸配電的安全可靠，解決了以往高壓開關(guān)無法在運行過程中監(jiān)測的難題。

圖2

光纖光柵高壓電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在高壓電纜的接頭處，因為高壓設(shè)備的發(fā)熱基本上都是由接觸點發(fā)熱開始的，因此只需對高壓電纜的接頭進行監(jiān)測即可實現(xiàn)對電纜的溫度監(jiān)測功能，防止電纜過熱燃燒。

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在發(fā)電機的定子上，目前發(fā)電機的定子是不進行溫度監(jiān)測的，而發(fā)電機的定子一旦過熱或與轉(zhuǎn)子發(fā)生局部接觸，則會導致定子溫度異常溫升，從而燒毀發(fā)電機，一臺發(fā)電機的成本都在幾百萬到上千萬元，而使一臺發(fā)電機從靜止到運轉(zhuǎn)起來的燃料費用也在數(shù)百萬元至多，因此對發(fā)電機定子的溫度監(jiān)測是迫在眉睫的。

該系統(tǒng)采用全光測量，解決了以往電測量無法解決的難題，為發(fā)電廠的安全生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持。

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在變壓器的繞組內(nèi)，以往的變壓器只能依靠油溫或者預先埋設(shè)的3點溫度測點估算變壓器的工作狀態(tài)，采用該系統(tǒng)可以根據(jù)客戶的需求，將傳感器預先埋設(shè)在變壓器繞組內(nèi)部，這樣就可以對變壓器的繞組溫度進行分布式的測量，從而防止變壓器的意外燒毀。

3.2傳感器與傳輸系統(tǒng)

該系統(tǒng)應用先進的準分布式光纖光柵傳感技術(shù)，通過光纖光柵傳感器，將被測的溫度量值轉(zhuǎn)變成便于記錄及再處理的光信號。由于從傳感器輸出的信號為光信號，所以可以直接通過光纜進行遠距離傳輸。光纖光柵良好的耐環(huán)境性能也為長時期的安全監(jiān)控提供了可靠的保障。

探測器主要性能指標:

測溫范圍:

-40～200℃

最大耐溫能力:

220℃

溫度分辨率:

0.1℃

精度:

±0.5℃

響應時間:

<10S

光纜傳輸距離:

<40km

溫度傳感器可經(jīng)受ESD

1000KV高壓，全天候工作。

使用壽命:

150000小時（大于15年）

3.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)的功能:

光纖光柵傳感器所產(chǎn)生的光信號經(jīng)光纜的遠程傳輸，然后通過放置在監(jiān)控室的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)分析儀直接進行數(shù)字量識別并轉(zhuǎn)換為物理量，記錄的數(shù)據(jù)可以在計算機終端顯示、記錄、保存或直接進入監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。

信號處理器（光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析儀）的主要技術(shù)指標

通道數(shù):

16

單通道最大布設(shè)探測器數(shù)量:

30

工作電源:

220V

AC

環(huán)境溫度:

0℃～40℃

測試輪循時間:

<2s

3.4監(jiān)測數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的目的是根據(jù)各監(jiān)測項目的特點，使各種不同類型的數(shù)據(jù)通過恰當?shù)慕M織被有效地儲存起來。在保證必要信息儲存的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)冗余度。該管理系統(tǒng)能方便地從數(shù)據(jù)量系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)可以被不同用戶方便地調(diào)用。

監(jiān)測軟件系統(tǒng)的功能

·立體流程畫面的顯示功能

·簡單的動畫功能

·歷史趨勢顯示功能

·報警功能

·聲光報警

·打印功能

3.5

操作監(jiān)視站

監(jiān)測站功能用來實現(xiàn)操作和監(jiān)視。完成顯示、報警、打印、歷史數(shù)據(jù)記錄和再現(xiàn)及報表等功能。我們采用的系統(tǒng)軟件可在一個CRT上開多個顯示窗口，各窗口中同時顯示不同的實時更新的內(nèi)容。所有的顯示和人機對話都是漢化的。運行人員通過CRT和操作鍵盤可調(diào)出這些窗口來監(jiān)示