基于無源無線測溫技術的廠用母線快速保護

潘啟明

（貴州大方發電有限公司，貴州大方 551600）

基于無源無線測溫技術的廠用母線快速保護

潘啟明

（貴州大方發電有限公司，貴州大方 551600）

針對常規發電廠廠用母線保護存在的問題，提出了采用無源無線溫度監測技術實現廠用母線快速保護的措施。在傳統的繼電保護框架下，應用非電量保護消除6 kV廠用母線故障時電量保護死區，以達到快速切換6 kV廠用母線故障，保護高壓廠用變壓器或啟動備用變壓器等一次設備的目的。

廠用母線；無源無線測溫技術；溫度采集器；快速保護

0 引言

在常規發電廠，廠用母線無快速保護，是電量保護的死區。近年來，一些新的技術用于廠用母線快速保護，但由于投資大或接線復雜等原因未得到推廣。廠用母線故障會導致高壓廠用變壓器（以下簡稱高廠變）或啟動備用變壓器（以下簡稱啟備變）燒毀等事故，為此，本文采用無源無線測溫技術，通過測量開關觸頭溫度來實現廠用母線快速保護。

1 廠用母線保護的現狀

如圖1所示，TA1應用于啟備變差動保護，TA2應用于高廠變差動保護，TA3應用于負荷側的快速保護。6 kV廠用母線及TA1或TA2到TA3處母線無快速保護，僅由高廠變或啟備變的分支過流保護來切除母線故障。

圖1 廠用母線接線

為保證最大負荷啟動、其他負荷運行以及負荷側故障時不誤動，高廠變或啟備變的分支過流保護動作時間按階梯性原則進行整定，動作時間達1.2～2.0s，因此，當母線故障時，保護在2.0 s后才切除故障，可能導致高廠變或啟備變因長時間過流而燒毀。

2 廠用母線的故障特點

常規發電廠的高廠變或啟備變進線均為封閉母線，6 kV廠用母線則是用母排連接各個盤柜，因此，不可能由于電纜絕緣損壞而導致母線故障。目前，6 kV廠用母線的常見故障點為電源進線開關以及負荷開關的上下動觸頭和母排上的靜觸頭連接處。

由于定期測輔機絕緣等工作的需要，廠用母線上的開關操作非常頻繁，開關的觸頭保護罩經常會因撞擊而破碎，碎片和其他異物殘留在開關觸頭上或其附近，導致觸頭之間連接不到位，進而產生接觸電阻或對外殼放電，從而引起開關觸頭發熱甚至燒毀，最終導致母線接地等故障。

3 無源無線測溫技術

無源無線測溫方法采用了聲表面波技術。聲表面波是沿物體表面傳播的一種彈性波，實現了聲學和電子學的結合。聲表面波測溫的工作原理為：傳感器采用的是諧振型聲表面波傳感器，壓電晶體基片上的換能器通過逆壓電效應將輸入的無線信號轉變成聲信號后，被左、右兩個周期性柵條反射形成諧振；該諧振器的諧振頻率與基片的溫度有關，而且在一定溫度范圍內諧振頻率與溫度呈非常線性關系；當同一個換能器通過壓電效應將聲信號轉換成無線應答信號輸出后，就可以通過測量頻率變化得到溫度值，故聲表面波測溫器件為純無源器件。

采用聲表面波技術的無源無線測溫技術具有以下特點。

（1）無線方式實現高壓隔離，無需電池，安全性極高。

（2）無源溫度傳感器體積小，與采集器之間用無線方式傳輸數據，安裝方便靈活，不受設備結構和空間限制。

（3）溫度采集器的工作頻段為432～444MHz，而電力系統中噪聲頻段一般為300MHz，所以系統抗干擾性強，可長期穩定工作。

（4）無線射頻信號具有一定的穿透繞射能力，可廣泛用于測量可視范圍內及存在障礙物的各種物體的溫度。

（5）單點測溫時間可達1 s，測溫實時性好，測溫范圍可達-25～125℃。

4 基于無源無線測溫技術的廠用母線快速保護

廠用母線故障多數是開關觸頭發熱引起的，采用無源無線溫度監測系統對廠用母線、開關觸點進行溫度監測，并且與高廠變、啟備變等快速保護模塊連接，既能對開關觸頭惡化的過程進行監控，又能快速切除故障，同時還滿足了繼電保護快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求。無源無線溫度監測系統通過溫度傳感器獲取觸點溫度，將溫度信號通過無線方式傳輸到溫度采集器進行相應處理，進而傳輸到監控終端以及保護回路。無源無線溫度監測系統整體框架如圖2所示。

圖2 無源無線溫度監測系統整體框架

為了更好地監測廠用母線開關柜觸點溫度，在母線／母線支流與接觸器（高壓開關）的進、出線觸點的每相均安裝1個溫度傳感器，即每個開關柜配備6個溫度傳感器和1個采集器。6 kV母線開關柜無源無線溫度在線監測系統拓撲圖如圖3所示。

圖3 系統拓撲圖

系統包括前端采集模塊、數據傳輸模塊、數據讀取模塊、監控模塊及保護單元接口，由溫度傳感器、天線、溫度采集器、電源適配器、單機溫度顯示儀、多機溫度監控終端及上位機監控系統組成。溫度傳感器直接安裝在被測物體表面，負責接收、探詢射頻信號，并將帶溫度信息的射頻信號返回到采集器。數據讀取模塊完成射頻信號的放大、濾波及A／D轉換，最終實現參數的監測，并通過上行信道傳遞到上級設備進行顯示、報警提示，當溫度超過設定的閾值后，給保護單元一個開關量信號，實現廠用母線的保護。

5 系統保護

通過測溫系統可實時監測觸點的溫度信號，由溫度采集器處理、識別每路溫度信號并判斷溫度的高低，發出報警信號或切除故障的命令。故障處理方式為：將溫度信號發送給電廠分散控制系統（DCS），通過DCS現有的跳閘回路切除故障。具體的信號傳遞方式根據電廠DCS預留接口確定。

系統安裝點示意如圖4所示，保護跳閘的出口情況為：（1）當K1點故障，啟動啟備變快速保護；（2）當K2點故障，切除QF1開關，并閉鎖QF2開關合閘信號；（3）當K3點故障，啟動發電機變壓器組保護快速解列滅磁；（4）當K4點故障，切除QF2開關，并閉鎖快切信號；（5）當K5點故障，切除整段母線；（6）當K6點故障，切除QF3開關。

圖4 系統安裝點示意

6 結束語

本文探討了利用先進的無源無線溫度監測技術來實現傳統的繼電保護，讓繼電保護從原來的模式中解放出來，完善了保護功能，增強了繼電保護系統的實時性、穩定性和可靠性。

（本文責編：劉芳）

TM 83

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1674-1951（2015）08-0059-02

潘啟明（1982—），男，貴州天柱人，助理工程師，從事電氣專業技術管理方面的工作（E-mail：578023955＠qq.com）。

2015-01-05；

2015-06-30