高壓電力設備火災監(jiān)測及預警系統(tǒng)

高壓電力設備火災監(jiān)測及預警系統(tǒng)摘要：發(fā)電廠或變電站一旦發(fā)生高壓設備火災，將會造成重大損失。本文分析了高壓設備發(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備故障的方法，闡述了高壓設備故障在線監(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和變電站輸變電的安全操作，減少經濟損失起到重要作用。

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

高壓設備包括發(fā)電機、變壓器、高壓開關、高壓電纜等是電力工業(yè)中重要的發(fā)電和輸配電設備，在電力系統(tǒng)中起著十分重要的作用，隨著我國城市電網建設速度加快，封閉式組合電器將得到大量的運用，但相比國外產品，國產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"和全國聯網工程展開。這其中輸電、變電工程建設將是重頭戲。輸電、變電領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設備的應用未得到應有的重視，電力設備技術性能落后、陳舊，可靠性低，導致事故頻繁發(fā)生，造成設備損壞，危及人身安全，直接影響了人民生活和經濟建設的發(fā)展。

2003年，河北某鋼廠的中部站高壓開關柜過熱爆炸，導致了該鋼廠的50噸煉鐵高爐停轉，近三十噸的鋼水凝固在爐中，直接經濟損失高達數千萬元。

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。

高壓設備刀閘等部位的連接是否緊密，開關表面是否氧化腐蝕,

緊固螺栓是否松動等問題都無法在運行時發(fā)現，而這些都是造成高壓設備過熱甚至出現嚴重事故的誘因，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以下的開關使用，對于高電壓等級的開關則無能為力。

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，它可對高壓設備溫度進行在線監(jiān)測，隨時了解高壓設備的溫度變化，及時發(fā)現高壓設備故障并進行報警。

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系統(tǒng)的組成

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

該系統(tǒng)針對目前高壓設備中引發(fā)溫度故障最頻繁的位置設置溫度監(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高壓開關的開關觸點及刀閘溫度監(jiān)測;

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

該系統(tǒng)具有良好的計算機界面、可顯示高壓設備模擬圖,

顯示傳感器所監(jiān)測的實際位置及所有高壓設備型號、位置及開關刀閘等參數，當運行中高壓設備出現異常時，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柜運行的可靠性及技術管理水平。

3.1系統(tǒng)體系結構

光纖光柵電力電纜測溫系統(tǒng)采用全數字化網絡結構，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)為星型網狀拓撲結構，通過光纖分析儀將MIS系統(tǒng)與分布于電纜溝、開關柜、變壓器以及發(fā)電機內的傳感器連接起來。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。光纖材質傳輸與光纖傳感器監(jiān)測，現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)簡化結構圖:

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在高壓開關的觸點及刀閘處，可以在高壓開關的運行過程中實時的采集高壓開關的工作溫度，對于高壓開關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)結構圖

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)電機從靜止到運轉起來的燃料費用也在數百萬元至多，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)電廠的安全生產提供了有力的技術支持。

該子系統(tǒng)的溫度測點分布在變壓器的繞組內，以往的變壓器只能依靠油溫或者預先埋設的3點溫度測點估算變壓器的工作狀態(tài)，采用該系統(tǒng)可以根據客戶的需求，將傳感器預先埋設在變壓器繞組內部，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，通過光纖光柵傳感器，將被測的溫度量值轉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

溫度傳感器可經受ESD

1000KV高壓，全天候工作。

使用壽命:

150000小時（大于15年）

3.3數據采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)的功能:

光纖光柵傳感器所產生的光信號經光纜的遠程傳輸，然后通過放置在監(jiān)控室的光纖光柵傳感網絡分析儀直接進行數字量識別并轉換為物理量，記錄的數據可以在計算機終端顯示、記錄、保存或直接進入監(jiān)測數據庫。

信號處理器（光纖光柵網絡分析儀）的主要技術指標

通道數:

16

單通道最大布設探測器數量:

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)測數據管理軟件系統(tǒng)

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

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

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操作監(jiān)視站

監(jiān)測站功能用來實現操作和監(jiān)視。完成顯示、報警、打印、歷史數據記錄和再現及報表等功能。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和操作鍵盤可調出這些窗口來監(jiān)示