淺析首都國際機場10kV配電網電力設備在線測溫系統

楊超 王勁松 仇遠 馮孟超

摘要：根據首都國際機場10 kV配電網電力設備的狀態監測需求，介紹了一種無線無源測溫系統。該系統可以安全、可靠、便捷地獲取電力設備實時溫度信息，實現遠程故障預警和狀態分析的目的，為保障機場電網的安全運行提供強力支持。

關鍵詞：無線無源技術;在線監測;機場電網;狀態監測

0 引言

北京首都國際機場是“中國第一國門”，是我國最重要、規模最大、設備最先進、運輸生產最繁忙的大型國際空港。隨著首都國際機場旅客量逐年增加，首都國際機場對10 kV配電網的供電可靠性要求越來越高。為此，首都國際機場依托變電站在線溫度監測信息化平臺，基于變電站電力設備在線測溫技術，對配電網設備運行狀態進行實時監測，應用在線監測數據，整合設備檢修計劃、設備動態評價、設備巡檢等各種信息，實現對機場電力設備設施的多維度、全過程監測和管控。

1 電力設備在線測溫技術的重要作用

據統計，電力設備運行狀態是影響機場電力系統安全運行的重要因素，電力設備發生故障，可能導致機場電網大面積停電、電力設備破壞、系統振蕩瓦解，嚴重時甚至導致人身傷亡，造成巨大的經濟損失和惡劣的社會影響，而高壓柜和變壓器故障是造成電網故障的常見設備故障。目前，機場電網中應用最多的是金屬鎧裝封閉式中置柜和干式變壓器，其在高電壓、大電流條件下長期運行，散熱效果相對較差，且無法通過紅外測溫等技術對柜內設備進行測溫，造成變電站內發生多起進出線樁頭過熱、電纜搭接處故障、母線故障等過熱性故障，直接影響了機場電網的安全、穩定運行。因此，機場電網采用有效的在線測溫技術對高壓開關柜和變壓器的關鍵部位進行在線監測勢在必行，提前對故障做出研判，實現對高壓供電核心設備的故障診斷和狀態監測，可確保機場電網可靠供電。

2 無線無源測溫技術的應用

目前首都機場對電力設備普遍使用示溫蠟片或定期紅外測溫儀逐點測溫，測溫方法落后，監測周期長，漏檢概率高，需要大量人力物力，同時對開關柜內部的斷路器、刀閘、動靜觸頭等無法進行人工巡查測溫。國內外科研機構、各大院校對變電站設備溫度在線監測技術進行了深入研究，利用溫度在線監測技術彌補了傳統人工監測存在的缺陷，提高了溫度監測的有效性[1]。常用的在線監測技術有紅外成像技術、光纖測溫技術、紅外信號接觸測溫技術、無線無源測溫技術。其中，紅外成像技術測溫不精確，光纖測溫技術投資大、設備復雜，紅外信號接觸測溫技術無法單獨在封閉空間內使用，因此本文主要研究無線無源測溫技術。

2.1 ? ?無線無源測溫技術的原理

無線無源測溫技術根據取溫點位置的不同，采用不同的取電傳感器，主要包括電流取電傳感器和電場取電傳感器，為開關柜靜觸頭、耐張線夾處、電纜搭接處、變壓器進出線接頭等的測溫提供電源，減少對電池的使用，擴大了電力設備在線監測的適用范圍。電流取電傳感器利用環形CT、電磁壓電復合式微型發電器，獲取輸電線路的電磁能量并轉換為電能，常應用于接線樁頭處。電場取電傳感器利用空間電場電位差來采集電能，不受電流大小影響，常應用于斷路器梅花觸頭處。溫度測量采用紅外測溫原理，通過紅外探頭匯集其視場內的目標紅外輻射能量，將紅外能量聚焦在光電探測儀上并轉變為相應的電信號，該信號經過放大器和信號處理電路，按照儀器內部算法和目標發射率校正后轉變為被測目標的溫度值。

2.2 ? ?無線無源測溫系統的組成

該無線無源測溫系統組成如圖1所示，采用分層結構，主要包括設備層、數據傳輸層、監測云監控層、用戶應用層，其中設備層主要有多個無線無源傳感器組成ZIGBee無線傳感網絡，由接收裝置接收多個傳感器的溫度信息，并通過無線或串口方式送至5G路由器。數據傳輸層由5G路由器組成，通過匯集接收裝置溫度信息，傳至外網變電站在線測溫監測云平臺。監測云監控層實現對多個站點無線測溫數據的集中采集、監控、分析、存儲、預警及診斷功能。用戶應用層實現了用戶通過終端設備，如手機、平板電腦對變電站狀態的遠程監視和接收警告信息。

3 變電設備溫度在線監測數據挖掘與應用

利用溫度在線監測數據可及時發現變電站電力設備的發熱初期，提示檢修人員對該設備進行故障精準定位，防止停電事故和人身傷亡事故的發生。無線無源測溫系統通過橫向、縱向對三相的相對溫差、絕對溫差、負荷電流及環境溫度等參數采集，進行歷史數據及實時數據的對比和分析，形成數據報告。配電系統在正常情況下，橫向A、B、C三相觸頭、連接處及同一相上下觸頭、連接處的溫度相同。配電系統發生發熱故障時，觸頭或連接處電阻不同，故障處的溫度變化將出現顯著差異。運維人員在排除三相同時出現故障的小概率事件后，通過橫縱對比分析進行故障點預警。

同一變電設備在橫向對比中，被檢測相表面溫度（T）和環境溫度參照體表面環境溫度（T0）之差定義為溫升（Δ），三相監測點溫度中任意兩相的溫度差為絕對溫差（§），則：

§AB=（ΔA-ΔB）/ΔA×100%=（TA-TB）/（TA-T0）×100%（1）

§BC=（ΔB-ΔC）/ΔB×100%=（TB-TC）/（TB-T0）×100%（2）

§AC=（ΔA-ΔC）/ΔA×100%=（TA-TC）/（TA-T0）×100%（3）

同一變電設備在縱向對比中，對比高壓柜上下觸頭溫度（T1、T2）或者不同位置同相溫度（T1、T2）的絕對溫差（&），則：

&A=（TA1-TA2）/（TA1-T0）×100%（4）

&B=（TB1-TB2）/（TB1-T0）×100% （5）

&C=（TC1-TC2）/（TC1-T0）×100% （6）

通過歷史數據、實際經驗，確定閾值§與&，當橫向對比結果出現某相檢測值超過閾值時，進行縱向對比，若也超出閾值，則系統發出預警信號。系統通過實時監測溫度值，進行數據處理，更新閾值，提高系統在線診斷的可靠性。同時，可以與巡視數據進行對比，監測在線監測裝置數據的正確性，為后期設備檢修提供依據。

4 結語

本文根據首都國際機場10 kV配電網電力設備的狀態監測需求，介紹了一種無線無源測溫系統。該系統具有布置簡單、改造方便、安全性高等優點。隨著機場電網帶電監測及在線監測技術的不斷推廣和應用，機場電網設備檢修逐漸形成了狀態檢修與停電預試檢修相結合的檢修模式，下一步將不斷完善在線監測和帶電監測技術數據傳輸的安全性和可靠性，提高機場電網檢修效率以及故障預判、設備狀態評估能力，為機場電網電力設備的安全運行保駕護航。

[參考文獻]

[1] 劉國振.高壓開關柜溫度在線監測技術探析[J].科學與信息化，2019（7）：32.

收稿日期：2020-09-04

作者簡介：楊超（1989—），男，北京人，碩士研究生，電氣工程師，主要從事機場電力運行方面工作。