高压电力设备火灾监测及火灾预警系统

        发电厂或变电站一旦发生高压设备火灾，将会造成重大损失。本文分析了高压设备发生故障的原因，介绍了一种通过监测温度来检测高压设备故障的方法，阐述了高压设备故障在线监测系统的功能和应用。

       该系统的温度在线监测和火灾预警功能，对保证电厂的安全生产和变电站输变电的安全操作，减少经济损失起到重要作用。

        在现代社会中，电力工业是国民经济发展的基础，且和人民生活息息相关。电力事故是国民经济的一大灾难，它不仅影响企业本身的经济效益，而且会给国家财产和职工的生命安全造成巨大损失。

        高压设备包括发电机、变压器、高压开关、高压电缆等是电力工业中重要的发电和输配电设备，在电力系统中起着十分重要的作用，随着我国城市电网建设速度加快，封闭式组合电器将得到大量的运用，但相比国外产品，国产封闭式组合电器和气体断路器在可靠性和运行业绩方面存在较大差距。

       在"十五"期间，电力行业的工作重点将围绕"西电东送"和全国联网工程展开。这其中输电、变电工程建设将是重头戏。输电、变电领域的安全事故虽然较发电等环节的事故一般要小，但对用电企业和人民的日常生活的影响是巨大的。其破坏性在某种程度上甚至超过了发电事故。

        故障原因分析

       长期以来我国的电网设备的应用未得到应有的重视，电力设备技术性能落后、陈旧，可靠性低，大量在配电网中使用，导致事故频繁发生，造成设备损坏，危及人身安全，直接影响了人民生活和经济建设的发展。

       2003年，河北某钢厂的中部站高压开关柜过热爆炸，导致了该钢厂的50吨炼铁高炉停转，近三十吨的钢水凝固在炉中，直接经济损失高达数千万元。

       2001年，上海供电局因高压电缆接头过热引起火灾，大量电缆被烧损，导致市区大面积停电事故，造成损失近千万。

       高压设备刀闸等部位的连接是否紧密，开关表面是否氧化腐蚀、紧固螺栓是否松动等问题都无法在运行时发现，而这些都是造成高压设备过热甚至出现严重事故的诱因，如何通过对温度的在线监测来避免事故的发生就成为目前的主要问题。

       目前常用的温度监测方法

        热敏电阻式测温系统：可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常校验，因此不常采用。

        红外探头测温系统，可以在线监测，但由于系统稳定性不高，外加受环境影响严重，误报较多，也不常采用。

        电传感光传输测温系统，可以显示温度值，但是由于采用电学原理测量，因此只适合6KV以下的开关使用，对于高电压等级的开关则无能为力。

        针对上述情况研制的分布式光纤光栅测温系统，可对高压设备温度进行在线监测，随时了解高压设备的温度变化，及时发现高压设备故障并进行报警。

        预警系统的组成

        高压设备温度在线监测系统，采用了当今先进的通信技术、微处理器技术、数字化温度传感技术及以及独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术，避免了高压设备内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视终端。

        该系统针对目前高压设备中引发温度故障最频繁的位置设置温度监测点，基本上分为四大部分，第一、发电机“定子”轴承温度监测；第二、高压变压器的绕组温度监测；第三、高压开关的开关触点及刀闸温度监测；第四、电缆沟内高压电缆接头的温度监测。并且针对这四部分分别设定了相应的温度监测方式。

        该系统具有良好的计算机界面、可显示高压设备模拟图、显示传感器所监测的实际位置及所有高压设备型号、位置及开关刀闸等参数，当运行中高压设备出现异常时，显示画面及事故音响同时发出报警信号，可通过计算机的高压设备模拟图上直接查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，很大程度上提高了开关柜运行的可靠性及技术管理水平。

       系统体系结构

       光纤光栅电力电缆测温系统采用全数字化网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为星型网状拓扑结构，通过光纤分析仪将MIS系统与分布于电缆沟、开关柜、变压器以及发电机内的传感器连接起来。每个通道可挂接30个智能温度传感器，易于安装维护与系统拓展。光纤材质传输与光纤传感器监测，现场完全无电保证系统能在恶劣环境下可靠运行。下图为报警系统简化结构图：    

图一、光纤光栅高压开关温度监测系统结构图

        该子系统的温度测点分布在高压开关的触点及刀闸处，可以在高压开关的运行过程中实时的采集高压开关的工作温度，对于高压开关的异常温升会直接发送到控制室，从而有效的保障了输配电的安全可靠，解决了以往高压开关无法在运行过程中监测的难题。    

图二、光纤光栅高压电缆接头温度监测系统结构图

        该子系统的温度测点分布在高压电缆的接头处，因为高压设备的发热基本上都是由接触点发热开始的，因此只需对高压电缆的接头进行监测即可实现对电缆的温度监测功能，防止电缆过热燃烧。

        该子系统的温度测点分布在发电机的定子上，目前发电机的定子是不进行温度监测的，而发电机的定子一旦过热或与转子发生局部接触，则会导致定子温度异常温升，从而烧毁发电机，一台发电机的成本都在几百万到上千万元，而使一台发电机从静止到运转起来的燃料费用也在数百万元至多，因此对发电机定子的温度监测是迫在眉睫的。

       该系统采用全光测量，解决了以往电测量无法解决的难题，为发电厂的安全生产提供了有力的技术支持。来源:hvsi.cn该子系统的温度测点分布在变压器的绕组内，以往的变压器只能依靠油温或者预先埋设的3点温度测点估算变压器的工作状态，采用该系统可以根据客户的需求，将传感器预先埋设在变压器绕组内部，这样就可以对变压器的绕组温度进行分布式的测量，从而防止变压器的意外烧毁。

         传感器与传输系统

         该系统应用先进的准分布式光纤光栅传感技术，通过光纤光栅传感器，将被测的温度量值转变成便于记录及再处理的光信号。由于从传感器输出的信号为光信号，所以可以直接通过光缆进行远距离传输。光纤光栅良好的耐环境性能也为长时期的安全监控提供了可靠的保障。

    探测器主要性能指标

    测温范围：-40～200℃

    最大耐温能力：220℃

    温度分辨率：0.1℃

    精度：±0.5℃

    响应时间：<10S

    光缆传输距离：<40km

    温度传感器可经受ESD1000KV高压，全天候工作。

    使用寿命：150000小时（大于15年）

         数据采集系统

        该系统的功能：光纤光栅传感器所产生的光信号经光缆的远程传输，然后通过放置在监控室的光纤光栅传感网络分析仪直接进行数字量识别并转换为物理量，记录的数据可以在计算机终端显示、记录、保存或直接进入监测数据库。

     信号处理器（光纤光栅网络分析仪）的主要技术指标

    通道数：16

    单通道最大布设探测器数量：30

    工作电源：220VAC

    环境温度：0℃～40℃

    测试轮循时间：<2S

    监测数据管理软件系统

        该系统的目的是根据各监测项目的特点，使各种不同类型的数据通过恰当的组织被有效地储存起来。在保证必要信息储存的前提下，尽量减少数据冗余度。该管理系统能方便地从数据量系统中获取数据，同时数据可以被不同用户方便地调用。

        监测软件系统的功能

    ·立体流程画面的显示功能

    ·简单的动画功能

    ·历史趋势显示功能

    ·报警功能

    ·声光报警

    ·打印功能

    操作监视站

         监测站功能用来实现操作和监视。完成显示、报警、打印、历史数据记录和再现及报表等功能。我们采用的系统软件可在一个CRT上开多个显示窗口，各窗口中同时显示不同的实时更新的内容。所有的显示和人机对话都是汉化的。运行人员通过CRT、和操作键盘可调出这些窗口来监示系统运行。 

图五、监测站系统结构图

 

        1、本系统由传感器与传输系统，数据采集系统，监控管理软件系统构成。

        2、传感器与传输系统由光纤传感器和光纤通讯网络构成。

        3、数据采集系统由两台光纤传感网络分析仪，交换路由器及主工控机、声光报警器、打印机等构成。

        4、声光报警器与工控机通过RS232口进行通讯。

        5、打印机与工控机通过并口连接。

       应用实例

       山东省某电厂于2004年初安装了这套设备，在前4个月的监测工作中，温度曲线呈现正常状态。2004年6月28日，升压开关柜5号柜4号温度点温升趋势异常，经紧急倒电停机维护，发现是由于紧固螺栓松动引致的高压设备温升异常，经处理后，温度曲线恢复正常。

        结论

        本系统经受住了严寒、酷暑、潮湿环境的考验，实践证明其具备长期稳定的性能，能准确监测高压设备的温度情况，减少了电厂及变电站中因高压设备故障造成的损失。同时系统可与厂内的管理网络相连，实现信息的共享，提高了电厂及变电站的安全性和经济性。

 

本文来源：高压开关网    作者：

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