基于红外原理的20KV气体绝缘金属封闭开关在线测温系统设计.pdfVIP

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基于红外原理的20KV气体绝缘金属封闭开关在线测温系统设计.pdf

基于红外原理的20KV 气体绝缘金属封闭开关在线测 温系统设计 童伟,张建文 中国矿业大学信电学院,徐州(221008 ) E-mail :weitong101@126.com 摘 要:作为20kV 中压配电网的重要电气设备,20kV 气体绝缘金属封闭开关(GIS )的运 行情况将直接影响配电网的安全运行。因此,检测和监视 GIS 触点、母线和高压电缆接头 的温度,对于提前发现和排除 GIS 热故障隐患,提高配电网运行可靠性具有非常重要的意 义。本文根据红外线可实现安全、非接触、高精度在线测温的特点,设计了一套20kV GIS 红外在线测温系统,并对该系统的基本结构,功能及软硬件实现进行了全面的介绍。 关键词:GIS;红外线;在线温度监测 中国图书分类号:TM591 1. 20kV 交流气体绝缘金属封闭开关(GIS )的应用背景 国家“十一五” 国民经济发展规划明确提出要把节约资源作为基本国策。对电力行业来 说,加强自身的节能降耗对发展循环经济,加快建设资源节约型社会,促进经济发展意义十 分重大。因此,国家在发展1000kV 及以上特高电压的同时,也积极研究和优化中压电压等 级并发展20kV 电压等级。 20kV 电压与 10kV 电压相比,在同等导线截面及电流密度的情况下,在输送相同的电 功率时,其合理送电距离可增加近一倍,线路的经济负荷可增加约四倍。在传送相同的距离 和相同功率的前提下,电压损失降低 50%,电能损失降低75 %,可减少变电站配电出线回 路数一半,对负荷密集地区可避免出线过多带来的通道路径等困难。在额定电流与短路电流 分别相同的条件下,采用20kV 电压比10kV 电压可扩大变电站的容量一倍,在同一地区可 使设置降压变电站的数量减少一半。因此,江苏省供电公司在公司系统中压配电网中推广应 用20kV 电压等级供电,并积极采用20kVGIS 设备,以进一步降损节能、提高供电能力,适 应我省经济社会和电网发展的新形势,提升配电网的供电能力和适应性,降低配电网损耗和 供电成本,节省土地资源。 2. 开发GIS 红外在线测温系统的必要性 2.1 GIS 测温的重要性及目前测温方法所存在的问题 GIS 设备触头接触不良时,因接触电阻变大,在负载电流流过时会产生发热现象。触点、 母线过热会引起绝缘老化甚至击穿,从而引发短路,形成重大事故,造成重大经济损失。因 此,检测和监视GIS 设备触点、母线和高压电缆接头的温度,提前发现和排除热故障隐患, 对 GIS 的安全可靠运行具有非常重要的意义。据不完全统计,国内的众多发电公司、电力 公司所采用的 GIS 设备均不同程度地出现过封闭母线、隔离开关、电缆头等部件由于绝缘 老化或接触不良而造成温度异常变化,进而引发事故的现象。为此,电网公司制定专门技术 规范[1],要求对GIS 设备的过热部位进行温度监测,做到温度越限报警,以保障电力设备的 安全生产和提高设备运行的可靠性。 GIS 是全封闭式高压带电设备,发热点处于设备内部不便检测。目前主要采用在GIS 柜 上开监视窗孔,然后使用热像仪或点温仪对设备进行定期巡检的方法。而热像仪只能反映巡 - 1 - 检当时触点的发热情况,不能实现实时测温,更不能及时发现温度场的持续性变化,对于及 时发现设备隐患帮助不大。此外,还有通过光纤传导的方式进行温度监测的方法[2],这种方 法可以实现在线测温,但是由于该方法需将感温元件紧贴在被测物表面,属于接触式测温, 对于GIS 的安全运行无疑会造成一定的隐患。 2.2 GIS 红外测温系统的特点 2.2.1 红外测温原理 自然界一切温度高于绝对零度的物体都在不断地、自发地辐射出红外线。红外辐射是一 种波长在0.76~1000µm 之间的电磁波。红外辐射的物理本质是热辐射,其热效应较可见光 强的多。向外发出的红外辐射,以光的速度传播能量,辐射能量的大小及其按波长的分布, 与它的表面温度有着十分密切的关系。对于黑体物质而言(也就是能全部吸收辐射到它上面 的任何辐射能量的物体),辐射的能量完全决定于

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