20kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)紅外在線測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對電力行業(yè)來說，加強(qiáng)自身的節(jié)能降耗對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，熱快建設(shè)資源節(jié)約型社會，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義十分重大。因此，國家在發(fā)展1000kV及以上特高電壓的同時，也積極研究和優(yōu)化中壓電壓等級并發(fā)震20kV電壓等級。

20kV電壓與lOkV電壓相比，在同等異線截面及電流密度的情況下，在輸送相同的電功率時，其合理送電距離可增加近一倍，線路的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷可增加約四倍。在傳送相同的距離和相同功率的前提下，電能損失降低50％，電能損失降低75％，可減少變電站配電出線器路數(shù)一半，對負(fù)荷密集地區(qū)可避免毒線過多帶來通道路徑等困難。在額定電流與短路電流分別相同的條件下，采用20kV電壓比10kV電壓可擴(kuò)大變電站的容鐓一倍，在同一地區(qū)可使設(shè)置降壓變電站的數(shù)量減少一半。因此，江蘇省供電公司在公司系統(tǒng)中壓配電網(wǎng)推廣20kV電壓等級供電，并積極采用20kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)設(shè)備，以進(jìn)一步降損常纜、提高供電能力，應(yīng)我省經(jīng)濟(jì)會和電網(wǎng)發(fā)展的新形勢，提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，節(jié)省土地資源。

220kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)的特點(diǎn)

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)是將斷路器、隔離開美、接地開關(guān)、母線等高壓元件集中裝在密封的金屬箱體中，其內(nèi)部究以低壓力的sR氣體作為絕緣介質(zhì)，使整個高聰系統(tǒng)處于完全封閉的狀態(tài)，不受外界環(huán)境條件影響。

20kVGIS的技術(shù)含量較高，它是將sK絕緣技術(shù)、密封技術(shù)與空氣絕緣的金屬封閉開關(guān)設(shè)備制造技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物。SF6是一種無色、無味、無毒、不可燃的惰性氣體，具有優(yōu)異的冷卻電弧特性，廣泛應(yīng)用于毫逐電氣設(shè)備中終為冷卻和滅弧介質(zhì)。20kV GIS利用低壓力的SF6氣體、固體絕緣材料以及特定的絕緣結(jié)構(gòu)將高壓導(dǎo)體、高壓元件密封，達(dá)到額定絕緣水平的要求；通過密封殼體

預(yù)留的插座孔由插接式電纜終端實(shí)現(xiàn)進(jìn)出線，保證電能的安全高效傳輸；利用真空開斷技術(shù)對線路的負(fù)荷電流、及短路電流進(jìn)行控制和保護(hù)；特別適用于對尺寸和時靠性要求較高以及自然條件相對惡劣的場所，如對可靠性要求離基空間狹小受限制的工礦企或城市地鐵變電站等。

3 開發(fā)GIS紅外在線測溫系統(tǒng)的必要性

3．1GIS測溫的重要性及目前測溫方法所存在的問題

GIS設(shè)備觸頭接觸不良時，因接觸宅阻變大，譙受載電流流過時會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象。觸點(diǎn)、母線過熱會引起絕緣老化甚至擊穿，獲而引發(fā)短路，形成黧大事故。因此。檢測和監(jiān)視GIS設(shè)備觸點(diǎn)、母線和離壓電纜接頭的溫度，對GIS的安全靠運(yùn)行具有非常重要的意義。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)的眾多發(fā)電公司、電力公司所采用的GIS{均不同程度出現(xiàn)過封閉母線、隔離開關(guān)、電纜頭等部件由于絕緣老化或接觸不良而造成漱度異常變化，進(jìn)而引發(fā)事故的現(xiàn)象。為此，電網(wǎng)公司制定專門技術(shù)規(guī)范，要求對GIS設(shè)備的過熱部像進(jìn)行溫度監(jiān)測，做到溫度越限報(bào)警，以保障電力設(shè)備的安全生產(chǎn)：秘提裹設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

GIS是全封閉式高壓帶電設(shè)備，發(fā)熱點(diǎn)處予沒備內(nèi)部不便棱測。目前主要采用在GIS柜上開監(jiān)視窗孔，然后使用熱像儀或點(diǎn)溫儀對設(shè)備進(jìn)行定期巡檢的方法。而熱像儀或點(diǎn)溫義只能反映巡檢當(dāng)時觸點(diǎn)的發(fā)熱情況，不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時測溫，更不能及時發(fā)現(xiàn)溫度場的持續(xù)性變化，對于及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患幫助不大。此外，還有通過光纖傳導(dǎo)的方式進(jìn)行溫度監(jiān)測的方法，但是由于該方法需將感溫了亡件緊貼在被測物表麗，屬于接觸式測溫，對于GIS的安全運(yùn)行無疑會造成一定的隱患。

3．2 GIS紅外測溫系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1)紅外測溫原理

自然界一切溫度高于絕對零度的物體都在不斷地、自發(fā)地輻射出紅外線。紅外輻射是～種波長在0．76—1000lxm之間的電磁波。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，其熱效應(yīng)較可見光強(qiáng)得多，但人的眼睛對紅外線不敏感，所以必須用對紅外線敏感的紅外探測儀接受。向外發(fā)出的紅外輻射，以光的速度傳播能量，輻射能量的大小及其波長的分布，與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。對予黑體物質(zhì)而言，輻射的能量完全決定該物體的溫度。物體的溫度越高，發(fā)出紅外輻射的能量也越大，而且只要溫度有微小變化，就可引起輻射能量明顯的變化。因此，通過測量物體自身輻射的紅外能璧就可準(zhǔn)確測定該物體的表面溫度。

（2）本系統(tǒng)功簡介及特點(diǎn)

GIS運(yùn)行時必然伴隨著內(nèi)部溫度場的改變，本系統(tǒng)就根據(jù)紅外線測溫原聯(lián)，將高精度無原本安型紅外溫度傳感器內(nèi)置于GIS各SF,氣室中，實(shí)時鑒測氣室中各節(jié)點(diǎn)溫度場變化，并通相應(yīng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)將檢測結(jié)果反應(yīng)于變電站綜合自動化系統(tǒng)主控計(jì)算機(jī)中，據(jù)此實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測GIS溫度變化，對觸點(diǎn)過熱等現(xiàn)象做出判斷，并可根據(jù)溫升程度發(fā)出不同級別的警報(bào)通知運(yùn)行人員采取不網(wǎng)的措施。

與目前常用的GIS測溫方法相比，該系統(tǒng)應(yīng)用予20kVGIS具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：①由于20kVGIS內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，需要測溫的觸點(diǎn)不多，故本系統(tǒng)只需很少幾只紅外溫度傳感器就能實(shí)現(xiàn)整臺GIS的在線監(jiān)測，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并大大降低成本。②采用本安型紅外溫度傳感器。采取非接觸測溫方式，對GIS酶安全運(yùn)舒舉會產(chǎn)生任何影響。③紅外傳感器抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用于20kV的較低電場中可達(dá)到高測溫精度，并可簡化抗干擾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

4系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由信號采集單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)監(jiān)測管理單元三部分組成，信號采集單元的最底層是紅外溫度傳感器，在GIS各個氣室需要監(jiān)測的節(jié)點(diǎn)上加裝相應(yīng)的紅外溫度傳感器，通過數(shù)據(jù)線將溫度數(shù)據(jù)上傳輸數(shù)據(jù)采集單元；數(shù)據(jù)采集單元負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)匯總，同時將溫度數(shù)據(jù)和報(bào)警信號通過RS485總線上傳至數(shù)據(jù)監(jiān)測管理單冗；數(shù)據(jù)監(jiān)測管理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)采集單元傳來的信息匯總，并留出通訊口，以便依據(jù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通過RS485總線將本系統(tǒng)與變電站綜合自動化系統(tǒng)相連。系統(tǒng)的基本機(jī)構(gòu)如圖1所樂。

5系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

5．董信號采集單元的硬件實(shí)現(xiàn)

選用EXERGEN公司標(biāo)準(zhǔn)型IRt／c紅外溫度傳感器作為終端測溫元件，IRt／c系列紅外線溫度傳感器具有高精度，非接觸，無須電源，熱電偶信號輸出的特點(diǎn)，對CIS的正常運(yùn)行不會造成不利影響。

考慮到現(xiàn)場的測量要求和安裝方式，需要確定紅外溫度傳感器的光學(xué)參數(shù)。紅外溫度傳感器的具體安裝圖2，目標(biāo)測量距離為10—50cm，目標(biāo)直徑《10cm，應(yīng)選取的紅外傳感器視場張角為600，系數(shù)(即視場直徑與測量距離的比值)為5：1。

紅外溫度傳感器所采集的溫度信息在其內(nèi)部轉(zhuǎn)換為溫差電勢的形式，由其自帶的雙絞屏蔽電纜輸出松枝數(shù)據(jù)采集單元。由于IRt／c型紅外傳感器采用超過NEMA4等級的封裝技術(shù)，故而信號采集單元對電磁干擾有著很好的抵抗作用。