江蘇安科瑞電器制造有限公司   江蘇江陰   214405

摘要：溫度是變壓器運行狀態(tài)的關(guān)鍵參數之一，對變壓器溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測可防止事故發(fā)生，保障變壓器設備安全穩定運行。本文提出一種無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫裝置，首先對該裝置的理論基礎進(jìn)行闡述，包括溫差發(fā)電理論和阻抗匹配推導過(guò)程，并對無(wú)線(xiàn)信號發(fā)射器的可靠性進(jìn)行測試；然后對該裝置的工作原理進(jìn)行介紹；將該裝置應用于河南某變電站的一臺220kV變壓器上，驗證了該測溫裝置的實(shí)用性。結果表明，該裝置的天線(xiàn)在433MHz工作頻率下性能優(yōu)良，并能夠長(cháng)期、安全監測變壓器的溫度變化，避免因變壓器運行溫度過(guò)高引起變壓器安全隱患，為變壓器的安全運行提供技術(shù)保障。

 

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)測溫裝置；變壓器；測溫傳感器；無(wú)線(xiàn)溫度傳感器；溫度傳感器

 

　　隨著(zhù)國家電力行業(yè)規模的快速發(fā)展，用電需求量也在持續上升，電力變壓器不斷在向大容量、高電壓方向發(fā)展。變壓器作為電力系統中的重要電力設備，運行的安全可靠性將會(huì )對電網(wǎng)的供電質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。電力變壓器故障主要有熱性故障和電性故障，其中過(guò)熱故障占總故障臺數的63%左右。因此，實(shí)施對變壓器溫度在線(xiàn)監測對保證變壓器的安全穩定運行具有重要意義。

　　從總體上看，可將當前的測溫方式分為定期檢測和實(shí)時(shí)在線(xiàn)測溫兩種。其中，定期檢測的方式主要有紅外檢測儀方式和通過(guò)預防性試驗的停電測溫方式兩種，這兩種方式均存在測溫工作量大、效率低、不能實(shí)時(shí)檢測溫度的問(wèn)題。

　　從取電方式上看，可將在線(xiàn)測溫方式主要分為有源測溫和無(wú)源測溫兩種。其中：有源測溫方式有紅外攝像頭測溫方式，利用紅外成像原理進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)檢測，但成本非常高；無(wú)源測溫傳感器主要有鉑熱電阻溫度傳感器、光纖測溫傳感器、聲表面波測溫傳感器和感應取電測溫傳感器等。在無(wú)源測溫傳感器中：鉑熱電阻溫度傳感器采用電纜進(jìn)行信號傳輸，溫度信號受環(huán)境影響大；光纖測溫傳感器采用光纖作為傳輸信號線(xiàn)，測溫精度和數據傳輸質(zhì)量較鉑熱電阻溫度傳感器高些，但安裝時(shí)易將光纖芯折斷且成本較高；聲表面波測溫傳感器利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，分析光纖傳輸的光譜了解實(shí)時(shí)溫度，但存在傳輸距離短的缺點(diǎn)；感應取電測溫傳感器則須在感應電流大于一定值后才能正常工作，存在應用范圍受限的問(wèn)題。

　　針對這些問(wèn)題，本文提出一種基于無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的變壓器測溫裝置，采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)技術(shù)和溫差發(fā)電技術(shù)，實(shí)現變壓器溫度在線(xiàn)監測，可以及時(shí)發(fā)現變壓器溫度異常情況，防止變壓器事故的發(fā)生。

 

　　無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫裝置由溫度傳感器、信號調理及隔離模塊、數據處理模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)射器、無(wú)線(xiàn)接收器以及能量管理電路、散熱器以及熱電發(fā)生器等模塊構成。該裝置工作原理示意圖如圖1所示。

　　　

圖1裝置工作原理示意圖

　　該裝置的熱電發(fā)生器各有一冷端和熱端，散熱器被設置在冷端的一側，并與該冷端直接進(jìn)行熱傳導，安裝部位位于熱端的一側，并與該熱端直接進(jìn)行熱傳導。在熱電發(fā)生器冷端和熱端溫度差達到一定程度后，熱電發(fā)生器將熱量轉化為電能，經(jīng)過(guò)后續電路的處理后給本裝置自身供電。

　　能量管理電路主要由升壓電路、起動(dòng)電路和穩壓電路三部分組成。升壓電路負責將熱電發(fā)生器輸出的較低電壓升高，并存儲在電容或充電電池中；起動(dòng)電路控制能量的輸出，當儲能器件的電壓升至高電壓閥值時(shí)，起動(dòng)電路控制打開(kāi)后級電路，能量流向后級，供后續電路使用，當儲能器件的電壓降至低電壓閥值時(shí)，起動(dòng)電路控制關(guān)斷后級電路，儲能器件繼續儲能，周而復始地工作。

　　數據處理模塊通過(guò)控制溫度傳感器定時(shí)采集測溫數據，并通過(guò)信號調理及隔離模塊將模擬信號轉化成數字信號，并提供給數據處理模塊進(jìn)行處理，數據處理模塊將處理過(guò)的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器發(fā)出，由溫度監測系統中的另一模塊無(wú)線(xiàn)接收器接收，并上傳PC、APP和大屏幕顯示。

 

　　依據國家標準《GB/T 4109—1999高壓套管技術(shù)條件》，變壓器套管各部分允許的溫度值為120℃，允許溫升為90℃。該測溫裝置的測溫范圍為0℃～140℃，傳輸距離為50m，監測精度為1℃，從理論上能夠滿(mǎn)足變壓器套管溫度在線(xiàn)監測的需求。

　　該裝置采用溫差發(fā)電芯片與溫度傳感器測溫方案，將裝置用螺栓連接的形式安裝于變壓器套管接線(xiàn)板上進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監測。測溫裝置安裝示意圖如圖2所示。由于測溫裝置采用基于溫差發(fā)電技術(shù)的無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫方式，安裝后不會(huì )影響變壓器套管的安全運行，所以方便了實(shí)際應用，減少了后期維護成本。

　　

圖2測溫裝置安裝示意圖

　　

　　基于溫差發(fā)電的無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫裝置的工作示意圖如圖3所示。

　　

圖3測溫裝置工作示意圖

　　在實(shí)際應用中，測溫裝置的整個(gè)工作流程如圖4所示。首先，測溫裝置的熱電發(fā)生器對溫差進(jìn)行判定，當冷端與熱端溫差大于5℃時(shí)，溫度傳感器采集變壓器套管當前狀態(tài)的溫度數據，通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊將數據發(fā)送給接收端，無(wú)線(xiàn)接收模塊將接收到的數據傳輸到應用層。

　　

圖4測溫裝置工作流程圖

　　以河南某變電站為例，選取其中一臺220kV變壓器高、中、低側的套管接線(xiàn)板的位置，共安裝9個(gè)測溫裝置，連續監測變壓器套管溫度的的變化。變壓器套管監測點(diǎn)布局如圖5所示。將測溫裝置安裝于變壓器套管高壓側兩相，其實(shí)際安裝位置圖如圖6所示。2019年7月河南某變電站220kV變壓器套管溫度數據界面如圖14所示。

　　

圖5變壓器套管監測點(diǎn)布局圖

　　

圖6測溫裝置實(shí)際安裝位置圖

　　

圖7河南某變電站220kV變壓器套管溫度數據界面

　　該套裝置安裝至今，取得了良好的應用效果，成功幫助用戶(hù)解決了變壓器套管在運行過(guò)程中存在的問(wèn)題。下面結合變壓器套管溫度為例進(jìn)行說(shuō)明。圖8所示為該案例問(wèn)題得到解決前的變壓器套管溫度監測結果。圖9所示為該案例問(wèn)題查找并解決后在正常狀態(tài)下變壓器套管溫度監測結果。

　　

圖8變壓器套管溫度監測結果

　　

圖9正常狀態(tài)下變壓器套管溫度監測結果

　　從圖8可以看出，高壓B相接線(xiàn)板溫度遠遠高于其他高壓側溫度，出現變壓器套管溫度異?，F象。經(jīng)檢測確認，該問(wèn)題出現的原因是變壓器套管接線(xiàn)板接觸不良而導致局部過(guò)熱。

　　確認問(wèn)題后，將變壓器套管接線(xiàn)板重新進(jìn)行接線(xiàn)。經(jīng)過(guò)整改，將變壓器套管溫度數據重新恢復，及時(shí)幫助用戶(hù)對變壓器套管運行中存在的問(wèn)題進(jìn)行解決，從而保證了變壓器的安全可靠運行。

 

　　a.電池供電型無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器。

　　目前無(wú)線(xiàn)溫度傳感器有三款：

　　b.CT感應取電無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

　　安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸的傳感器。

　　目前無(wú)線(xiàn)溫度傳感器有兩款：

　　

 

　　安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫就地顯示配置：

　　ASD300/320智能操控裝置可連接12路無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，ARTM-Pn無(wú)線(xiàn)測溫裝置可連接18路無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，無(wú)源（CT取電）方式為ATE300（捆綁式安裝），有源（電池供電）方式為ATE100（螺栓式安裝，主要用于電纜/銅排等螺絲固定的搭接點(diǎn)）和ATE200（表帶式，主要用于斷路器觸頭等接點(diǎn)捆綁安裝，因安裝較ATE100更方便，電纜/銅排等搭接點(diǎn)也常選用）。

　　

無(wú)線(xiàn)測溫帶操顯功能（就地顯示）

　　

　　Acrel-2000T/B無(wú)線(xiàn)測溫壁掛式監控設備，內存4G,硬盤(pán)128G,以太網(wǎng)口，顯示器12寸，分辨率800*600，可選Web平臺/App服務(wù)器，柜體尺寸480*420*200（單位mm），配置IPAD,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實(shí)時(shí)顯示溫度分布以及報警等詳細參數。

無(wú)線(xiàn)測溫采集設備配置方案

　　

　　本文提出了一套基于無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的變壓器測溫裝置?；跍夭畎l(fā)電原理的熱電發(fā)生模塊可以為整套測溫裝置供電，同時(shí)測溫模塊工作，并將采集到的溫度數據通過(guò)處理后通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊和無(wú)線(xiàn)接收模塊傳送給應用層，從而實(shí)現了對變壓器的溫度監測。通過(guò)將該套測溫裝置應用于河南某變電站變壓器套管中，經(jīng)溫度數據分析，驗證了測溫裝置的安全可靠性和實(shí)際應用價(jià)值。該套測溫裝置體積小，維護成本低，可大力推廣使用，對維護變壓器等電力設備的安全運行具有重要意義。

 

　　[1]朱建華，梁棟，李芳，翟海文，馮琳娜，無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫裝置在變壓器中的應用，

　　[2]隋洪崗，PT100溫度傳感器在溫度數據實(shí)時(shí)監測系統中的應用

　　[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2020.06版

 

韓歡慶，女，本科，現就職于江蘇安科瑞電器制造有限公司,主要研究方向為預付費電能管理系統，智慧用電等研發(fā)與應用。