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声表面波温度传感器在电力系统状态

时间:2019-10-07 10:50      来源:未知   浏览量:

声表面波温度传感器在电力系统状态


在当前国内智能电网的快速建设中,不同类型的传感器被用于对电网的状态监测。由于电力设备本身高电压、大电流、强磁场的环境中,恶劣的现场环境为状态监测带来极大困难。声表面波技术的应用让所述问题迎刃而解。声表面波传感器凭借体积小、无源、抗干扰能力强、适合远距离传输等特性,在复杂的电力系统状态监控中的应用具有巨大的优势和广阔的前景。

声表面波技术起始于是60年代末期, 是声学、电子学、光学、半导体材料和工艺相结合的一门学科。我国对于声表面波技术的研究是从1970年前后开始,经过近四十年的研究和发展,已形成了从理论研究、材料开发到器件设计及制作、系统应用的完整体系。

声表面波传感器是近十几来年发展起来的新型传感器,其可以被开发成为测量机械应变、压力、气体、微小位移、以及温度等参数的传感器,用途广泛。另一方面声表面波传感器体积小、重量轻,抗干扰能力强,检测范围线性度好,同时具有良好的热性能和机械性,能适合远距离传输和实现遥测遥控。这些特性使得SAW传感器在复杂的电力系统状态监控中的应用前景广阔。

在电力系统中,发电厂的转子定子、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关、电容器、电抗器、高压电缆、变压器等重要设备的异常、故障,最初都伴随着局部或整体的过热或温度分布相对异常,一旦出现故障,就会影响整个区域的电力供应,造成巨大的经济损失,成为重大的安全事故,所以对电力设备的温度在线监控显得十分必要。

目前,现有针对电力设备温度监测的技术方案主要有:红外热成像技术、有源无线测温、分布式光纤测温、无源无线测温等。使用红外热成像技术测温要求技术人员定期对电力设备逐个扫描巡检,定时周期长加上热像仪分辨率、环境条件变化、人员技术水平及对设备结构了解程度等因素的影响,较难准确分析判断,无法在线实时监控,使得难以发现和消除可能存在的隐患。

若采用有源无线测温方案,使用电池或是CT取能给测温芯片供电,传感距离非常远,可采用各种电路,控制和处理方便、灵活,方便分配设备ID便于实现传感器阵列,但是其在恶劣环境下的稳定性尚待验证。

同时,对于某些场合,如电容器组来说,面对电容器难以取能供电,传感位置电池不易更换的情况,这种有源无线传感方案显然不实用。分布式光纤测温的电网状态监控中有一定的应用,但在高电压,大电流、高湿度等恶劣的条件下存在严重的安全隐患,如粉尘、水雾在光纤线表面的积聚会使光纤的绝缘性降低,容易引发事故。同时光纤分布式光纤测温系统价格昂贵,设备复杂,使其实用性大大降低。

SAW温度传感器在电力设备的状态监控中优势明显。在电力系统中,电力设备出现发热的原因可能如下:

1.大型火力、水力、核能发电机设备长期工作于潮湿、高温的恶劣环境下,老化磨损厉害,设备发热严重;

2.触点通常要能承受高达到千安的正常工作电流,产生大量焦耳热;

3.在长期运行过程中,开关的触点和母线连接等连接点因老化或磨损导致接触电阻过大而发热;

4.接点例如高压柜内有裸露高压,空间封闭狭小,热量积聚。

5.设备如电容器和电抗器频繁动作,老化迅速,导致温度分布异常;

6.电气设备的绝缘性能因老化而降低,发热明显。

随着SAW传感器的开发应用,针对发电厂的转子定子、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关、电容器、电抗器、高压电缆、变压器等电力设备的温度监控需求,SAW传感器在电力系统中的应用已全面展开:

一.大型火力、水力、核能发电设备

图1 电厂设备和发电机定子转子

大型火力、水力、核能发电设备的发电机组的长期、稳定、安全运行,离不开现场对系统的温度实时在线监测。图1所示发电设备中大部分设备处于高温、高湿、强电磁干扰等恶劣工作环境下,另一些设备如电机转子处于高速旋转的状态,对这些电力设备的监控,光纤传感或有源无线方案就显得力不从心,高湿度的环境使的绝缘光纤的绝缘性能大大降低,给发电设备带来了巨大的潜在风险,有源方案在高湿的环境下电池或取能CT将无法使用。

而声表面波传感器传感头无需供电,具有纯无源特性。高温、高湿、强电磁对于无电子线路结构的SAW传感器无任何影响。同时SAW芯片体积非常小,即使在高速旋转的电机转子上也安装方便。所以SAW传感器非常适合在大型火力、水力、核能发电设备中的应用。

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