電抗器溫度無線智能監測技術應用研究

黃志成，韓磊

（廣東電網有限責任公司清遠供電局，廣東 清遠 511515）

電抗器溫度無線智能監測技術應用研究

黃志成，韓磊

（廣東電網有限責任公司清遠供電局，廣東 清遠 511515）

電抗器也叫電感器，分為串聯式電抗器和并聯式電抗器。串聯式電抗器用來限制短路電流，保護電路安全，也有用作限制電網中高次諧波的作用。并聯式電抗器主要運用在超高壓環境中，用來調整運行電壓或改善電力系統無功功率有關狀況。

電抗器；無線智能；溫度；監測

隨著越來越大的用電范圍和越來越高的用電穩定要求，促使一大批產品誕生，其中，就包括生活中常見的干式電抗器，干式電抗器的使用范圍極廣，從中性點電抗器到無功補償設備，從交直流濾波器元件再到特高壓直流輸電系統的平波電抗器，目前在電力支撐相關的行業中隨處可見干式電抗器，其已成為最重要的組成設備之一。但是干式抗電器在早期時常會出現起火燃燒的事故。當時受限于檢測技術的落后，工作人員并沒有掌握有效地預控措施，但是隨著現在干式抗電器在電力系統中的作用越來越大，如何提前發現抗電器的故障成為了行業必須解決的問題，同時，將傳統的機械監測進化成覆蓋面更大，反應時間更大，可添加余地更多的智能監測網也是行業未來發展的方向。

1 干式電抗器的結構及運行特點

傳統的干式電抗器結構定型于上世紀，多采用圓形空芯無鐵芯結構，內部由多層線圈并聯組成，線圈的層與層之間為絕緣柵支撐起來的空隙，沒有其他元件和介質，所有的冷卻任務都由自然空氣完成，沒有另外配置任何形式的散熱冷卻裝置。干式電抗器的主要工作就是保護以電流、電壓為特征量的過流、過負荷保護等，在工作中對于保護對象的保護效果很明顯，但是自身由于空間和成本的限制，并沒有設置相應的保護措施，這使得長期處于使用狀態的抗電器磨損嚴重，使用壽命得不到保障。在以電氣量為特征的繼電保護僅在電抗器發生故障后，設備中內置的電流感應器會通過電流量的激增瞬時判斷電抗器是否發生故障，如果判斷為發生故障就自動轉入保護動作，即跳開與其連接的斷路器以切除故障，減少電路中的設備不因短路造成的不可逆的損壞，但是這種被動激發的反應機制不能在對故障發生之前自動反應，也無法對其進行監測行為和事前控制，所以一定會產生一部分無法挽回的損失。具體監測結果如表一所示：

表1 監測結果

表2 安裝設置的具體參數

2 技術方案選擇

2.1 電氣量監測方法

傳統的干式電抗器定型較早，受限于當時的技術水平，在應對故障監測的問題時沒有加入絕緣油介質的間接信息載體，而是采用機械模式的探測電氣量變化狀態來尋求故障信息。干式電抗器的電氣量受電力系統運行方式的變化影響較大，加上自感特性的影響，無論是電流、電壓還是阻抗，正常運行和異常方式下的變化值不明顯，嚴重異常即故障時，電氣量保護裝置動作，切除故障電流，所以對電氣量進行監測不能達到預警的目的。因此，在現代高集成化的電氣系統中充當非常重要的監測方法顯得反應“遲鈍”，一般都不選擇這種方式。

2.2 煙感監測方法

當干式電抗器因為過熱而發生燃燒情況，所產生的煙氣會立即被煙感探測器檢測到，可以達到監測意外發生的目的。但是這一系統有一個缺陷，一般的電力電抗器都被安裝在戶外，一旦出現上述情況，的確會產生煙霧，但是室外環境復雜，空氣流通速度快，產生的煙霧容易被快速吹散，難以形成探測器識別的濃度，在一些特殊的天氣中，難以發揮應有的效果。

2.3 溫感監測方法

在電路設備中，遇到電路不穩定時產生煙氣，會同時發熱，而發熱情況和上文的煙霧不同，受到外界環境的影響程度較小，觀察比較穩定，而且結果比較明顯。所以現在的電路檢測系統設計，從之前的煙氣監測改變為更加穩定可靠的發熱監測。在電路系統正常的運行狀態下，干式電抗器僅僅會因運行電流產生微量發熱，將這一發熱量的上限定義為A，在溫感監測設備中設置相應的溫度數值，當達到一定數值時，監測系統就開始比對，當達到臨界危險溫度時監測設備就開始報警并同時切斷相關的設備通路，在問題出現之前就斷掉可能的危險損失，實現監測設備的目的。綜上所述，針對干式電抗器的監測最適合的監測方式就是溫度監測。

2.4 監測手段和無線智能的結合

監測手段的完善不僅僅止步于能夠發現問題所在，還要能夠提前預警，提前報告，在問題出現之前避免可能的損失。現在城市的電氣系統都是高度集成化的，一旦某一點出現了問題，整個區域的供電工作就會陷入癱瘓，由此引發的問題是連鎖反應式的。所以電路監測的工作人員一直以來的工作重點就是加強監測設備的投入，讓監測手段更加高效，更加可靠。但是在發展監測手段的同時，監測設計人員也一直在致力于將監測系統聯網，希望可以通過更加智能化的方式完成電路系統的監測工作。與傳統的監測手段相比，智能監測技術在問題反饋速度上有著質的飛越，同時，在反應的數據攜帶能力上也是傳統手段不能比擬的，傳統的監測手段只能通過光、聲兩種方式向工程人員進行反應，但是聯網后的智能化監測網可以通過數字傳輸將所有的問題情況，以及之前的監測記錄，現在的反應動作，對其他部分的影響程度，區域內其他設備的工作狀態都在一瞬間進行了反應，而且還能持續反應，與后臺工程人員做到及時的溝通。

3 現狀

變電站并聯電容器組中的串聯電抗器時常因為負荷電流大、絕緣老化、匝間短路、設備質量等因素發生運行溫度過高現象，甚至有發生著火危險，若未及時發現設備缺陷，將產生嚴重后果。目前，電抗器運行溫度監測靠人工監測，如使用紅外測溫儀或熱成像儀進行監測，存在工作量大、故障發現不及時、連續性不強、無法及時預警、受天氣影響、歷史數據難存儲難利用的缺點，亟需進行相關改進。現研制一套電抗器溫度無線智能監測系統，可以實現集中、遠程監測電抗器實時運行溫度，并對運行數據采集存儲，出現發熱嚴重或著火等異常情況時能及時通過系統、短信、APP預警， 達到運行溫度實時監測、數據存儲與及時預警的目的，同時，減少運行人員維護工作量及設備事故發生機率。在電抗器外表面安裝適量溫度傳感器，溫度傳感器工作電源可取自電場，無需電池供電；溫度傳感器采集的溫度數據可無線傳輸至附近接收器，各分散布置的接收器通過ZigBee無線網絡將溫度數據傳輸至后臺服務器，在后臺服務器實現數據采集、存儲、預警等功能。（1）溫度傳感器工作電源取自電場，無需電池供電，減少了相應維護工作。（2）溫度傳感器到接收器及接收器到服務器溫度數據傳輸均采用無線方式，實現較好的便捷性及經濟性。（3）溫度監測系統實現數據采集存儲及實時預警，減少了運行人員維護工作量及設備事故發生機率。（4）實現手機APP隨時隨地查閱運行溫度數據及接受預警，提高了工作便捷性。

4 監測系統設計及現場實施

需突破的技術難題。目前的電路系統監測手段要客服的困難有以下這些：（1）電抗器的發熱點通常處于高電壓、強磁場的區域，因信號傳輸線纜的限制，普通的溫度傳感方法難以使用，需專門設計制造高絕緣強度的電纜傳輸溫度信號，技術復雜且可靠性低。傳感器的準確性和可靠性須滿足電抗器的運行要求。（2）電抗器可能的發熱點多，遍及電抗器線圈幾乎所有部位，但傳感器布置受電抗器結構、經濟性和電抗器本身安全運行的限制，不可能安裝大量的傳感器。

5 結語

本文將目前電路監測工作中常見的監測手段進行了簡單的比較，同時將目前監測工作面對的問題進行了簡單的總結，對于電抗器溫度無線智能監測技術的發展和應用進行了簡單的介紹。

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