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一种用于电力厂站的红外温度保护方法研究

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：赖天德

[导读] 目前，电力设备的故障识别是通过电气量特征反应来判断的，通过电气量特征条件判断的通常为严重的短路故障，故障中需要包含较大的短路电流。对于高阻抗短路点的故障，或非短路性质的电气故障，通过电气量特征条件无法识别。本文对电气设备的表面温度进行红外线测感，利用其表温数据进行故障判断，并形成光热保护逻辑。

广东深圳供电局有限公司赖天德 518000

摘要：目前，电力设备的故障识别是通过电气量特征反应来判断的，通过电气量特征条件判断的通常为严重的短路故障，故障中需要包含较大的短路电流。对于高阻抗短路点的故障，或非短路性质的电气故障，通过电气量特征条件无法识别。本文对电气设备的表面温度进行红外线测感，利用其表温数据进行故障判断，并形成光热保护逻辑。光热保护可用于对温度敏感的电力设备故障，在现场应用中有较高的实用价值。
关键字：光热保护；继电保护；红外测温
        0引言
        热力破坏是造成电力设备故障的主要原因之一。当电力设备的电能传导路径出现电阻率不均等时，电阻率较大段会因电阻本身的热力效应产生较其他段更多的热量，当产热超过散热性能时，电能传导路径上电阻率较大段会发生热力破坏，最终导致电力设备的损坏和电能传导失败。如变电站、发电厂中，变压器的引出线与母线引出线的连接部位（敞开式厂站中为接线掌，封闭式设备中为连接杆）容易因接触面金属氧化、接触部位松动等原因造成接触电阻过大，最终形成过度发热点。目前，针对该类过度发热点的处理方式是利用红外线进行人工巡视监测，当发现发热点超过标准值时（如变压器为105℃），由设备运行维护人员通知电力调度人员，进行人为停电。通过这类严重的发热缺陷需要人为巡视时才能发现，无法做到实时感知，因此无法及时地排除故障。
        1电力领域的红外线人工监测
        根据热量传递中的热辐射效应，物体产生热量时会产生红外线频段的电磁波向外辐射，通过收集该电磁波，技术上可以实现远程感知被测物体的表面温度。
        在电力领域，红外线监测已普遍应用在发电厂、变电站的运维工作当中。当前，主要方式是通过红外线监测仪对电力设备进行人工测量，从监测仪上直接读取被测电力设备的表面温度数值，当发现超过正常运行温度时，测量人员才会采取停电手段进行故障处理。以变电站巡视每月一巡的周期为例，假设运维人员设备进行监测时无遗漏点，故障设备可能需要最长一个月才能被发现。根据南方电网近五年的事故统计来看，电力设备发热导致设备损坏的发热持续时间最短的在12小时以内。因此，需要一种能够自动判别设备温度并能够自动切除故障设备的方法来减少故障持续时间。[1]
        2红外光热保护原理
        光热保护原理是在获得红外线强度测量数值的基础上形成的保护原理，红外线测量频率为每秒1次，即每秒钟获得1个测量数值。测量数值的获得有2种方式，一种测量数值可以直接由红外线传感器的实时光强数值测得，另一种是测量固定时段内的光强总量在平均计算得到。
        2.1固定值保护逻辑
        固定值保护逻辑是通过设定固定数值，当被测设备的温度数值超过设定数值时即可发出保护动作命令。设固定值为。
        如图1中，通过获取红外线收集传感器的测量数值，与预设数值进行数值比较，当测量数值大于预设数值时，程序会发出动作命令。动作命令可分为2种，一种为告警动作，另一种为出口动作。2种动作命令均由程序发出，通过运算放大器作用于微型继电器，再由继电器的辅助接点的闭合作用于外部强电回路。通常程序内置于CPU运算器中。以下保护逻辑的动作结果与本保护逻辑动作结果相同。

        2.2 温度变化率限制保护逻辑
        温度变化率限制保护的逻辑主要防止红外线监测传感器故障或被测物体表面被遮挡等原因导致的测量数值突变情况。该保护通过设定记忆逻辑，保留实时测量点前1分钟的测量数值，通过每秒1个的测量数值，记忆逻辑可以保留实时测量点前的60个测量数值，并实时形成测量值曲线。当最新测量点数值偏移记忆曲线超过20%时，程序将该最新测量点屏蔽，并定义其为屏蔽点，不代入计算逻辑中。
        当连续60个点均被测量为屏蔽点时，程序会判断为测量失败，并闭锁该测量点的所有保护动作逻辑，使该点其他保护逻辑无法动作。以此作为防止保护误动的关键方法。
        在定义屏蔽点后，温度变化率的数值近似等于记忆曲线的平均斜率，当平均斜率大于0时，程序可以预测温度变化情况，并得出升达固定数值保护动作的预测时间，保护程序将该预测时间发送至运维人员监控系统当中，形成预测性保护。
        当平均斜率数值大于0.5时，程序认定温度增长较快，可以采取告警动作方式。
        当平均斜率数值大于1时，程序认定温度增长较快，可以采取出口动作方式。

        2.3 绝缘破坏下的红外光热保护
        当电力设备发生短路故障，如绝缘破坏时的短路故障，短路点会产生大量热量，并使故障点急剧升温，最高温可达3000度。上述2.1、2.2方法无法及时进行保护动作，并有可能因温度突变逻辑将保护闭锁。为使保护在设备短路时可靠动作，此处引入故障电气量开放逻辑，分为电压变化率开放和电流电化率开放条件。短路故障时，短路点通过很大的故障电流，同时伴随着电压的降低，在一定时间内，由故障电流产生大量热量。因此热量的产生是滞后于短路电流的。引入电压、电流变化率开放条件，可以解除温度变化率记忆曲线的闭锁逻辑，使光热保护直接对被测物体的测量数值进行数值判断，当超过预设数值时，直接动作于出口和告警。
        3 总结
        光热保护方法可以弥补电力设备非短路过热故障的保护情况。对设备连接点氧化发热、设备内部老化发热的情况尤为可靠。光热保护在温度突变率记忆曲线的限制下，不容易发生保护误动。在电压和电流突变开放条件下，不会导致其他保护的拒动，提高了动作可靠性。在智能化、自动化运维中有巨大的应用前景。[2]
作者简介赖天德（1991-）：硕士，工程师，从事继电保护专业相关研究工作。
参考文献
[1]李俊儒, 廖立茜, 李婧. 干式空心串联电抗器非电量监测及保护装置研究[J]. 电工技术2016,(09)
[2]陈浩, 张璐, 郭铁. 电力变压器非电量保护浅析[J]. 东北电力技术, 2016,37(04)