Современные методы диагностики температуры электрооборудования

Среди основных причин перегрева можно выделить повышенное переходное сопротивление вследствие плохого контактного соединения. Точки нагрева могут возникнуть из-за неплотного соединения, окисления или коррозии, неисправности компонентов. Такими точками чаще всего являются разъемные и неразъемные контактные соединения, зажимы в токопроводе, главные токоведущие контакты в коммутационных электроаппаратах, точки болтового присоединения главных шин к выключателю. Как правило, локальный перегрев носит длительный характер, что со временем может привести к повреждению аппарата и распространению аварии на соседние ячейки и оборудование.

Решение проблемы

Многие производители электрооборудования решают проблему перегрева с помощью установки систем мониторинга:

1. Радиоканальные системы контроля температуры - система контроля температуры на базе пассивных ПАВ-датчиков с функцией радиочастотной идентификации.

Радиоканальные системы обладают относительной устойчивостью к электромагнитным помехам, имеют высокую стабильность характеристик. К минусам можно отнести контактный метод установки ПАВ-датчиков, установка температурных датчиков возможна на ограниченный тип контактных соединений, не должно быть преград и других источников радиосигнала между датчиком и приемником радиоизлучения.

2. Термосенсорная система непрерывного контроля температурных контактных соединений - система состоит из газогенерирующих наклеек, газового датчика и контрольно-приемного устройства. Наклейки размещают на контактах. При нагревании наклейки изменяют окраску и выделяют сигнальный газ-маркер, который фиксируется датчиком.

Термосенсорные системы – обеспечивают высокую надежность при ограниченном температурном диапазоне контроля 80-130 С.

3. Пирометрическая система непрерывного контроля температуры шин - встраиваемая система измерения температуры шин бесконтактным способом. С помощью пирометрической системы измеряется мощность теплового излучения, после чего полученные данные обрабатываются и выводятся в систему визуализации.

Пирометрические системы обладают следующими достоинствами: бесконтактный, а значит наиболее безопасный метод проведения измерений, большой диапазон измеряемых температур – сотни градусов Цельсия, компактность измерительных органов, непрерывность процесса получения температур, непосредственный контроль узла, выделяющего тепло.

Таблица 1 Сравнительные характеристики систем мониторинга

Рис.1 - Система «Зной»состоит из модуля температурного контроля и набора бесконтактных датчиков температуры:

Х1 - разъем релейных выходовдля внешней сигнализации
Х2 - интерфейс RS-485
Х3 - соединительный разъем для подключения цепей питания и заземления
Х4 – подключение шины датчиков температур.

Модуль температурного котроля

Конструктивно модуль выполнен в виде металлического корпуса с нижним и верхним подсоединениями внешних проводников. Устройство снабжено кронштейном для крепления на DIN-рейку.

С помощью пирометрических температурных датчиков ДТП-300 модуль в непрерывном режиме производит бесконтактное измерение температуры важных зон главных цепей распределительного устройства — контактов высоковольтного выключателя или разъединителя, соединений сборных шин, места соединения и оконцевания кабельных муфт.

Система «Зной» разработана для применения в распределительных шкафах КРУ, КСО или различных промышленных электроустановках. Предназначена для осуществления непрерывного многоканального бесконтактного контроля температур поверхностных зон материалов, конструктивных элементов и деталей. Система «Зной» осуществляет непрерывный контроль температуры с релейной сигнализацией о превышении установленных порогов температуры, имеет на борту цифровой интерфейс типа RS-485 с поддержкой протокола Modbus для связи с системами верхнего уровня.

Таблица 2 - Основные технические характеристики системы “Зной”

Схема установки температурных датчиков ДТП-300 системы «Зной» в ячейках КРУ производства ООО «Титан Инжиниринг» (Рис.2)

Примеры установки температурных датчиков ДТП-300 системы «Зной» в ячейках КРУ производства ООО «Титан Инжиниринг»

Рисунок 3 – Монтаж датчиков ДТП-300 в ячейке КРУ 10кВ для контроля температуры болтовых соединений на трансформаторах тока

Схема размещение датчиков ДТП-300 в яйчейке КРУ 10кВ для контроля темепратуры точек присоединения (Рис.4):

Рисунок 5 – Монтаж датчиков ДТП-300 в ячейке КРУ 10кВ для контроля темепературы точек присоединения внешних кабелей

Рисунок 6 – Монтаж датчиков ДТП-300 в ячейке КРУ 35кВ для контроля темепературы точек присоединения внешних кабелей

Рисунок 7 – Модуль управления системой «Зной» в релейном отсеке КРУ 10кВ

Практическое применение системы

На территории ООО "Титан Инжиниринг" в рамках НИОКР создан стенд для выбора и опробования оптимальных решений для задач мониторинга кабельных линий (рис.8,9). В нашем ПТК применена пирометрическая система бесконтактного температурного контроля «Зной». Испытания работоспособности системы «Зной» в ПТК проводились путем имитации нагрева шин в ячейках КРУ. Нагрев шин осуществлялся нагревательными пластинами до температуры 60С и контролировался в SCADA ПТК, с последующим измерением температуры шин калиброванным пирометром ±2С.

Один из основных источников возникновения погрешности измерений для всех пирометрических методов измерения температуры является неверное задание коэффициента излучения поверхности. Коэффициент излучения(коэффициент эмиссии, степень черноты) - способность материала отражать падающее излучение. Он может принимать значения от 0 до 1 (для абсолютно черного тела). На коэффициент излучения сильно влияет степень окисления поверхности металлов. Так, если для окисленной меди коэффициент составляет примерно 0,65, то для полированной меди он снижается до 0,01. Чем ближе коэффициент эмиссии к 1, тем точнее и надежнее получаются результаты измерений.

ООО “Титан Инжиниринг” разработал методику покрытия поверхности шин, которая позволяет уменьшить влияние коэффициента излучения материала шин на точность измерения температуры пирометрическими датчиками и достичь номинальных характеристик системы “Зной”.

Рисунок 8 – Внешний вид стенда ПТК - Терминалы

Рисунок 9 – Внешний вид стенда ПТК. Ячейки КРУ.

Рисунок 10 – Вариант покрытия медных шин для снижения погрешности измерений вызванного коэффициентом излучения поверхности

Рисунок 11 – Пример мнемосхемы с данными по температуре шин ячеек КРУ в скаде. Данные по температуре шин в ячейках КРУ с системы «Зной» передаются по протоколу Modbusв серверы нашего программно-технического комплекса и отображаются в SCADA ПТК.

Важные преимущества

Возможна организация взаимодействия ПТК и АСУ ТП ПС по протоколам 60870-5-104 и 61850 для передачи данных телеизмерений температур поверхности шин и тревог по превышению пороговых значений. Кроме того, имеется возможность задействовать встроенные релейные контакты сигнализации на модуле “Зной” и не привлекать дополнительный персонал для наблюдения, так как электронный блок защиты может быть настроен так, чтобы при приближении температуры к недопустимому значению срабатывала сигнализация, а затем, если перегрев достигнет недопустимой температуры, выполнялось защитное отключение внешнего электрооборудования.

Применение системы «Зной» реализованное в нашем программно-техническом комплексе позволяет сохранить дорогостоящее энергетическое оборудование, обеспечить безопасность обслуживающего персонала и непрерывную работу важнейших технологических процессов. Вложение средств в современные технологии защиты финансово оправдано, так как повышает надежность энергоснабжения, безопасность персонала и оборудования, сокращает простои производства, а также положительно влияет на имидж компании.