關(guān)于“溫度在線監(jiān)測”技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用
關(guān)于“溫度在線監(jiān)測”技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用
【 摘 要】本文結(jié)合某大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置的實(shí)際應(yīng)用,對電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了介紹,并重點(diǎn)介紹了射頻溫度監(jiān)測技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用。
【 關(guān)鍵詞】溫度在線監(jiān)測;電氣設(shè)備;火災(zāi)預(yù)防;應(yīng)用技術(shù)
隨著我國人民生活水平的日益提高,近年來城市的大型商業(yè)大廈越來越多,其低壓配電系統(tǒng)容量亦越來越大。由于氣候冷熱變化、材料老化、絕緣下降、銹蝕、松動等原因,各類電氣接頭和觸頭,易造成接觸不良、接觸電阻增大,在電流通過時,容易造成發(fā)熱而燒毀設(shè)備,引發(fā)電氣火災(zāi),雖然系統(tǒng)擁有完善的漏電、過壓、過流、短路等保護(hù)措施,但都不能全面解決系統(tǒng)中的局部過熱故障,很多火災(zāi)事故的發(fā)生都與電氣設(shè)備的過熱有關(guān),據(jù)有關(guān)調(diào)查資料統(tǒng)計(jì),電氣火災(zāi)約占各種火災(zāi)總數(shù)的 50%,其中絕大多數(shù)都是因局部過熱引起的。
因此, 對電氣設(shè)備的故障高發(fā)點(diǎn)與電流進(jìn)行切實(shí)有效的實(shí)時監(jiān)控,不僅是電氣系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作,而且亦能有效預(yù)防和控制電氣火災(zāi)事故的發(fā)生,具有重大的意義。
一、溫度在線監(jiān)測技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展情況
1.紅外測溫技術(shù)
國外紅外成像儀的工業(yè)化應(yīng)用是在上世紀(jì) 60 年代中期,最早出現(xiàn)是在瑞典。 60 年代我國的東北電力科技改進(jìn)局、 沈陽電業(yè)局和長春研究所聯(lián)合研制出我國第一代為電力設(shè)備探測診斷用的紅外測溫儀,使電力設(shè)備的過熱故障和電氣火災(zāi)事故有了明顯下降,但是在實(shí)用中由于不具備掃描功能和儀器本身距離系數(shù)的限制而存在很大的局限性,而且無法直接解決電器設(shè)備內(nèi)部溫度的實(shí)時監(jiān)測問題;華東電力試驗(yàn)研究所于上世紀(jì) 70 年代末研制成功第二代紅外測溫儀,但因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)笨重、攜帶不便、操作調(diào)校復(fù)雜、探測中溫度由指針顯示,測溫精度和儀器可靠性也不算高,因此沒有推廣使用。 近些年,隨國內(nèi)外紅外測溫技術(shù)的不斷進(jìn)步,紅外測溫儀精度能夠符合一些場合的需要。 但紅外測量方法的缺陷是可能受局部溫度的影響,不能準(zhǔn)確測量到接點(diǎn)的溫度,造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 雖然現(xiàn)在紅外測溫儀在國際和國內(nèi)市場占有一些份額,但主要市場是紅外便攜式測溫儀。
2.光纖測溫技術(shù)
針對紅外測溫的紅外成像技術(shù)無法使紅外輻射穿透外殼直接監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部真實(shí)溫度的情況,美國路克公司在美國電力研究所(EPRI)的資助下,研制了專為電力系統(tǒng)應(yīng)用而開發(fā)生產(chǎn)檢測變壓器繞組溫度的熒光光纖測溫裝置,這是一種全新的在線監(jiān)測電器設(shè)備內(nèi)部溫度的儀器。 1994 年美國路克公司的光纖測溫儀得到了 ISO9002 認(rèn)證,質(zhì)量達(dá)到了更高水平,在此基礎(chǔ)上,美國企業(yè)發(fā)展有限公司(Enterprise Marketing Inc.EMI)聯(lián)合中國和美國的電力光學(xué)專家于 1994 年開始向中國介紹測發(fā)電機(jī)、高壓開關(guān)和變壓器等高壓電器設(shè)備內(nèi)部熱點(diǎn)溫度的光纖測溫儀,加速了我國光纖測溫技術(shù)的研究。光纖測溫法由于光纖具有良好的電氣絕緣性和抗電磁干擾能力,可以將探頭埋設(shè)在電力設(shè)備內(nèi)部的選定部位,直接測出該點(diǎn)的實(shí)際溫度變化,在尋求溫度傳感的其他替換手段的所有的研究活動中,光導(dǎo)纖維的測溫學(xué)為最活躍的研究與開發(fā)領(lǐng)域之一。 但光纖測溫系統(tǒng)成本也相對較高,光纖的抗物理損傷能力比較弱,這一特性造成光纖測溫系統(tǒng)的安裝和改造比較麻煩,只適用于抗擾度很高要求的場合。
3. 射頻測溫技術(shù)
上世紀(jì) 80 年代,國外開始把射頻技術(shù)應(yīng)用于電力及其配套設(shè)備溫度監(jiān)控領(lǐng)域。 由于有成熟的射頻監(jiān)控技術(shù)作為技術(shù)后盾,射頻測溫發(fā)展十分迅速,在國外射頻測溫技術(shù)已比較成熟。國內(nèi)射頻測溫技術(shù)從上世紀(jì) 80 年代開始研究,在 2001 年后國內(nèi)射頻測溫產(chǎn)品才出現(xiàn)。 如今市場已有一定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模,其中代表性的企業(yè)有深圳英唐公司、珠海格瑞公司等。 因?yàn)樗蓪﹂_關(guān)柜、電容補(bǔ)償柜、電力電纜、母線橋架、變壓器及重要電氣設(shè)備的電纜電流及溫升故障進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測,有效的預(yù)防了電氣設(shè)備和火災(zāi)事故的發(fā)生,同時亦為供電管理部門提供了用電分配決策依據(jù), 所以,射頻測溫方式得到電力、 石化、交通、鋼鐵等國家重要行業(yè)企業(yè)越來越多的青睞,目前在國內(nèi)一些大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置也開始投用,并在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的運(yùn)行效果。
二、溫度在線監(jiān)測技術(shù)的比較及應(yīng)用展望
溫度在線監(jiān)測技術(shù)是基于微電子、智能監(jiān)測、智能控制等技術(shù)上發(fā)展起來的,集微控制系統(tǒng)、自動化、通訊、網(wǎng)絡(luò)等一體的高新技術(shù)。 我們通過對現(xiàn)行最常用的幾種測溫技術(shù)進(jìn)行比較,并據(jù)此展望其應(yīng)用前景。
1.技術(shù)比較
現(xiàn)在溫度在線監(jiān)測技術(shù)最常用的三種測溫方法各有特點(diǎn):
?、?絕緣性
光纖本身絕緣性較好,但運(yùn)行時間長以后,光纖表面受積灰、吸潮影響,存在爬電、短路的隱患,安裝后柜內(nèi)存在多根光纖處于高低電位之間,防污閃能力差是這種測溫方式的最大隱患;紅外測溫方式測溫部件處于低電位,無絕緣隱患,只要距離夠,不受電壓等級影響;射頻測溫方式最大的特點(diǎn)是采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),直接接觸式測溫,電位通過高頻射頻通訊,隔離徹底,無絕緣隱患。
② 測溫范圍
在電力設(shè)備中, 光纖測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ~125℃ 左右;紅外測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ~ 200℃ 左右;射頻測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ~ 200℃ 左右。
③ 測溫精度
光纖測溫方式的測溫精度通常為± 0.5℃ 左右;射頻測溫方式的測溫精度通常為± 1℃ 左右;紅外測溫方式測量的溫度值由于受電磁干擾強(qiáng)度、環(huán)境溫度、測溫點(diǎn)距離等因素的影響,測得溫度值和實(shí)際值偏差相對較大,測溫精度波動較大。
?、?安裝方式及其分析
光纖測溫通常將光纖直接纏繞在需要測溫高電位的部位,用膠粘的方式固定光纖,一根光纖貫穿所有測溫點(diǎn);紅外測溫通常將紅外光學(xué)探頭直接對準(zhǔn)需要測溫部位;射頻測溫通常根據(jù)測溫的部位特點(diǎn)安裝,如采用專用自粘膠帶、不銹鋼金屬扎帶或利用原有母線螺栓固定溫度傳感器和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊等方式安裝。
光纖測溫方式光纖傳感器直接固定在高電位,時間長了,粘膠有老化脫落的隱患,且光纖彎曲半徑需要在 3CM 以上,不能彎死角,光纖本身材質(zhì)較脆易斷,施工有一定難度,對測量位于觸頭盒內(nèi)的觸頭溫度,較難實(shí)現(xiàn)。
紅外測溫方式固定于低電位,安裝牢固、簡便,但探頭與被測點(diǎn)中間不能有隔擋及光學(xué)鏡頭有距離要求,因電氣設(shè)備型號多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,選擇合適的位置及對準(zhǔn)測溫點(diǎn)有一定難度,易造成測溫不準(zhǔn)。
射頻測溫方式根據(jù)測溫的部位特點(diǎn)安裝,直接固定在測溫點(diǎn),安裝牢固、簡便,測溫位置不受結(jié)構(gòu)影響,可直接裝于觸頭盒內(nèi)的靜觸頭與母線連接處,具有測溫直接、準(zhǔn)確的特性。
2.應(yīng)用前景
總之,紅外測溫技術(shù)更適合對外露點(diǎn)的便攜式測量;光纖測溫技術(shù)由于成本較高,且對于設(shè)備還存在絕緣隱患,故在應(yīng)用中有一定的局限性;射頻傳感技術(shù)由于存在布線簡單、方便、成本低的特點(diǎn),該技術(shù)已被越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用。隨著該技術(shù)的迅猛發(fā)展,體積減小,成本和功耗的逐步減少,射頻測溫技術(shù)在各行業(yè)領(lǐng)域的大面積應(yīng)用已成為必然趨勢。
三、射頻測溫技術(shù)在某商業(yè)大廈低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用調(diào)研
1.測溫技術(shù)的應(yīng)用背景
某商業(yè)大廈是一座現(xiàn)代化的智能商業(yè)、酒店、賓館及辦公大廈,有先進(jìn)的自動化設(shè)備、現(xiàn)代化辦公及通訊設(shè)備,高度智能化的管理和控制。建有低壓配電站,擁有數(shù)公里的電纜溝和電纜夾層,開關(guān)柜是抽屜式全封閉低壓柜,在運(yùn)行中暴露出抽屜內(nèi)部電氣元件和開關(guān)動靜觸頭處的溫度無法人工監(jiān)測的弊端( 以前開放式的配電間隔可使用測溫槍或試溫片監(jiān)測),配電系統(tǒng)曾發(fā)生多起開關(guān)動靜觸頭和電纜過熱故障,有時故障點(diǎn)溫度超過 100℃ ,差點(diǎn)釀成火災(zāi)事故,如果僅靠原始的巡檢手段,不能及時發(fā)現(xiàn)隱藏在開關(guān)柜內(nèi)部和各處電纜的溫升隱患。因此, 該商業(yè)大廈決定對低壓配電系統(tǒng)進(jìn)行溫度在線監(jiān)測改造,以實(shí)時監(jiān)測設(shè)備安全隱患。
2.技術(shù)改造方案的選擇
經(jīng)過多方調(diào)研和對比,選用了采用射頻通訊技術(shù)的測溫裝置,之所以選用該技術(shù),原因如下:市場上現(xiàn)有的在線測溫技術(shù)基本上有三種— — 光纖、紅外和射頻。光纖技術(shù)由于是有線通訊,在配電系統(tǒng)中使用,存在著爬電”的風(fēng)險,事實(shí)上,確實(shí)發(fā)生過爬電引發(fā)的短路事故;紅外技術(shù)雖是不接觸測溫,但需要通過嚴(yán)格定位測量測點(diǎn)的溫度,各種因素致使測溫嚴(yán)重不準(zhǔn),更重要的是,與射頻測溫技術(shù)相比,改造難度較大,可維修性較差 ( 有時需要母線停電,甚至還受空間限制);而射頻測溫技術(shù),通常安裝方式只需將溫度傳感器緊貼在測溫點(diǎn)處,用專用的高壓自粘扎帶將其緊緊固定安裝在測溫點(diǎn)處,如:開關(guān)觸頭的根部,電纜的進(jìn)出線接頭、電容器的表面等,安裝方便,維修方便( 無需停電),同時也克服了 “ 爬電”的風(fēng)險。
?、?現(xiàn)場監(jiān)測儀器
在該商業(yè)大廈配電站值班室設(shè)工控機(jī)和數(shù)據(jù)集線器,檢測到的各點(diǎn)溫度、電流通過數(shù)據(jù)集線器集中直接上傳到后臺工控機(jī)上,通過瀏覽工控機(jī)顯示屏的顯示界面,管理人員可直觀方便地觀察各個電氣接點(diǎn)當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)、電流值及歷史報(bào)警事件記錄等數(shù)據(jù)信息,可同時處理 600 多個電氣接點(diǎn)溫度的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。并在工控機(jī)上預(yù)留通訊接口,將全部檢測的溫度數(shù)據(jù)及電流值與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)相聯(lián)動。
?、?信號采集
信號采集由溫度接收模塊、溫度采集發(fā)射模塊組成,模塊外殼采用高強(qiáng)度防火工程塑料,其溫度范圍 0℃ -150℃ ,模塊內(nèi)部加注樹脂膠,擁有優(yōu)秀的絕緣、防水、防氣、防腐能力。 采用先進(jìn)的微電子技術(shù)、無線射頻通訊技術(shù),將各測溫/電流采集模塊與發(fā)射模塊巧妙地結(jié)合在一起,收發(fā)射模塊選用無線高頻載波方式,一個接收模塊可同時接收 1-12 個發(fā)射模塊的數(shù)據(jù),通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 100m。 溫度采集發(fā)射模塊安裝方便,只需將無線感溫傳感器直接安裝于電纜接頭處外層和斷路器觸頭處,本模塊具有完全的電氣隔離和在強(qiáng)磁干擾、環(huán)境惡劣的地方正常工作的能力。
3.實(shí)施效果評價
該商業(yè)大廈此項(xiàng)改造主要應(yīng)用于電氣低壓系統(tǒng)的開關(guān)觸頭及電纜接頭處,對各層面 600 多處有可能產(chǎn)生異常溫升故障點(diǎn)安裝了無線感溫傳感器,并使系統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)行相聯(lián)動。項(xiàng)目實(shí)施運(yùn)行后,產(chǎn)品質(zhì)量可靠,測溫效果良好,能實(shí)時監(jiān) 測電氣設(shè)備的溫度,及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備溫升隱患,為預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生提供了一個有效的監(jiān)控手段。
電氣火災(zāi)往往都是因電氣設(shè)備的溫度異常引發(fā)的,電氣設(shè)備在額定狀態(tài)或正常狀態(tài)下,其產(chǎn)生與散發(fā)的熱量應(yīng)處于動態(tài)平衡狀態(tài),不應(yīng)該出現(xiàn)危險的過熱現(xiàn)象,但隨著設(shè)備絕緣老化或接觸電阻增大等原因,難免出現(xiàn)過熱溫升,進(jìn)而引發(fā)電氣火災(zāi)的發(fā)生,事前監(jiān)控預(yù)防尤為重要。射頻溫度在線監(jiān)測技術(shù)安全性好,可靠性高,安裝方便,成本低廉,可為大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和預(yù)防電氣火災(zāi)提供一個有效的保證手段。
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