Aplicação de sistema de medição de temperatura sem fio em equipamentos elétricos de alta tensão de mina de carvão

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Acrel Co. Ltda.

Resumo:Com o desenvolvimento contínuo da economia social, o sistema elétrico está se movendo em direção à alta tensão e alta capacidade. Novas tecnologias e equipamentos do sistema elétrico surgem em um fluxo contínuo, e a capacidade de transmissão de energia continua a melhorar. No entanto, a carga de alta tensão transportada por equipamentos elétricos de alta tensão também faz com que seu próprio aumento de temperatura seja o culpado, ameaçando a estabilidade da rede elétrica. A temperatura do equipamento tornou-se um parâmetro importante para a operação estável dos equipamentos de transmissão de energia na rede elétrica atual. Com base nas razões para o aumento de temperatura dos equipamentos elétricos de alta tensão, este artigo analisa a estrutura e a aplicação do sistema de medição de temperatura sem fio, analisa as vantagens e desvantagens de sua aplicação e fornece exemplos de aplicação para fornecer referência para a operação estável e o desenvolvimento do sistema elétrico do nosso país.

Palavra-chave:Sistema de medição de temperatura sem fio; equipamento elétrico de alta tensão; vantagens e desvantagens

Os equipamentos elétricos de alta tensão no sistema elétrico do nosso país têm uma variedade de pontos de conexão, como juntas de interruptores isolados, nós de barramento, etc. Devido a problemas de qualidade no processo de fabricação ou segurança, muitos dispositivos terão problemas de mau contato e uma grande resistência será gerada durante o uso, resultando em problemas de aumento de temperatura.

1. Razões para o aumento da temperatura dos equipamentos elétricos de alta tensão

A aplicação do sistema de medição de temperatura é inseparável da análise da causa do problema do aumento de temperatura. O primeiro são os problemas de qualidade e instalação do próprio equipamento elétrico de alta tensão, especialmente nas juntas dos parafusos do equipamento. Se os pontos de conexão atendem aos padrões e se o aperto atende aos padrões, tudo isso afeta a resistência. Muitas conexões de equipamentos apresentarão problemas irregulares e ásperos durante a instalação. A retificação inadequada também levará ao aumento da resistência e mau contato, o que afetará o uso do equipamento e tornará o problema do aumento de temperatura óbvio. Em segundo lugar, a proteção descuidada durante o transporte de equipamentos elétricos de alta tensão causará solavancos, resultando na deformação dos pontos de conexão ou peças-chave, resultando em mau contato. Em terceiro lugar, a superfície metálica do próprio equipamento elétrico de alta tensão é propensa a reações de corrosão ou oxidação, e problemas na superfície do equipamento também afetarão o contato do equipamento. O ambiente de trabalho precário de alguns equipamentos elétricos, como altas temperaturas, chuva, neve e ventos fortes, acelera o envelhecimento do próprio equipamento, causando sérios problemas de aumento de temperatura. Em quarto lugar, fatores externos afetam o mau contato na conexão do equipamento. Muitos locais de operação do equipamento são relativamente complexos, e várias conexões, como instalação, uso e manutenção do equipamento, também estão sujeitas a erros, resultando em mau contato de muitos conectores de cabos e chaves seccionadoras, e sérios problemas de aumento de temperatura. Em quinto lugar, o equipamento fica sob alta pressão de carga por um longo período. O próprio equipamento elétrico de alta tensão transporta a eletricidade de alta tensão. Quando a corrente é muito alta e excede a capacidade de carga do equipamento, juntamente com o efeito térmico da própria corrente, a temperatura do equipamento aumenta rapidamente.

Na operação real do equipamento, os cinco problemas acima ocorrerão nas juntas de disjuntores, seccionadores, juntas de cabos, buchas e barras de distribuição, etc. Essas áreas apresentam muitas falhas e são propensas a problemas de aumento de temperatura. Na inspeção e manutenção diárias, a equipe deve se concentrar na inspeção e manutenção. Durante a inspeção do equipamento, a medição de temperatura do dispositivo pode não apenas compreender o status do dispositivo durante o uso, mas também detectar oportunamente o calor excessivo gerado por mau contato ou carga excessiva. No estado carregado, devido à influência da corrente e do calor, é normal que a temperatura interna seja mais alta do que a externa, mas a mudança de temperatura devido à falha do próprio equipamento ou carga excessiva precisa ser monitorada de perto. Esse problema de aumento de temperatura agravará o envelhecimento do equipamento, reduzindo assim sua vida útil e pode até causar sua queima. Portanto, é muito necessário aplicar um sistema de medição de temperatura em equipamentos elétricos de alta tensão.

Na China, os métodos de medição de temperatura mais utilizados para equipamentos de alta tensão são o método de chip de cera com display de temperatura, o método de medição de temperatura por infravermelho, o método de medição de temperatura por fibra óptica e o sistema de medição de temperatura sem fio. Tanto o método de display de temperatura quanto o termômetro infravermelho são operados manualmente e os dados não podem ser coletados em tempo real. Através da medição por fibra óptica, os resultados da medição em tempo real podem ser obtidos. No entanto, no caso de alta e baixa tensão, não é possível isolar completamente os fatores ambientais e não atender aos requisitos das especificações de instrumentação elétrica para instrumentos de alta tensão. Além disso, ao instalar no gabinete, também existem grandes obstáculos à sua instalação devido a problemas como a fibra óptica não ser resistente a altas temperaturas e a fiação ser difícil. A tecnologia de medição de temperatura sem fio existente depende principalmente do modo de transmissão sem fio atual para superar os problemas de conexão e fixação dos loops primário e secundário, melhorando assim a segurança do uso de energia de alta tensão.

2. Análise da estrutura do sistema de medição de temperatura sem fio e aplicação do equipamento

A composição do sistema de medição de temperatura sem fio pode ser dividida em sensor de temperatura e exibição e análise dos resultados do monitoramento de temperatura, além do hardware e software do sistema. A estrutura do sistema de medição de temperatura sem fio para equipamentos de alta tensão, conforme mostrado na Figura 1, geralmente é equipada com sensores de temperatura na junção de armários de distribuição, juntas de cabos, fusíveis, etc. Para garantir a precisão da medição, o sensor geralmente está na mesma posição de tensão que o objeto de teste, e então o sinal coletado é transmitido e exibido usando tecnologia sem fio. Para garantir a segurança da medição de temperatura, as partes de trabalho de alta e baixa tensão são isoladas para evitar vazamentos e outros acidentes. Normalmente, múltiplos canais são fornecidos na superfície externa do equipamento de trabalho para monitoramento em tempo real e processamento de dados de múltiplos locais. Em seguida, os dados recebidos pelo receptor são transmitidos ao computador através da porta serial ou paralela, e analisados ​​e processados ​​pelo programa pré-programado.

Figura 1 Diagrama esquemático da estrutura do sistema de medição de temperatura sem fio para equipamentos de alta tensão

2.1 Sensor de temperatura

A função do sensor de temperatura é converter o sinal de temperatura em um sinal elétrico. Normalmente, utiliza-se um termopar Pt100, com precisão de medição de até 0,1 grau Celsius. Um sensor de corrente em miniatura de fluxo zero também pode ser usado, que também tem alto valor de aplicação. Tecnicamente falando, o sensor magnético escolhe Permalloy de baixa perda como núcleo de ferro e usa tecnologia especial de pressão negativa e meios de proteção para realizar a compensação automática para o núcleo de ferro, de modo que o núcleo de ferro esteja na condição ideal de trabalho de fluxo magnético zero. Além do dispositivo de medição de temperatura, o sensor de temperatura sem fio também inclui uma fonte de alimentação, um circuito de medição, um circuito de controle lógico e um circuito de comunicação de rádio em uma frequência específica. Para se adaptar a condições de trabalho mais elevadas, ele geralmente é embalado em tubos termoencolhíveis de alta temperatura e alta pressão e tem certas propriedades à prova d'água e de poeira para garantir o uso a longo prazo. Como a área de trabalho do equipamento de medição de temperatura sem fio é geralmente pequena, seu tamanho deve ser reduzido o máximo possível para atender às condições de trabalho durante o uso. Ao usar um sensor de temperatura, fio de colagem resistente ao calor ou tecnologia de colagem podem ser usados ​​para combinar o elemento sensível ao calor com a superfície do objeto, mas deve-se tomar cuidado para manter os pontos de contato próximo para reduzir erros de medição. O sensor de temperatura sem fio deve ter uma ampla faixa de trabalho linear. Normalmente, um elemento sensor de temperatura de -55 a 130 graus Celsius é selecionado, e o sensor de temperatura é selecionado de acordo com os requisitos de precisão e erro de medição em diversas condições de trabalho.

2.2 Detector de temperatura sem fio

O sistema detector de temperatura sem fio possui múltiplos canais de recepção, capazes de processar e exibir múltiplos pontos de medição diferentes em tempo real. O detector de temperatura sem fio possui funções de julgamento e tratamento de falhas. Uma zona de segurança é definida previamente pela equipe, e as informações coletadas são comparadas com o limite definido pelo detector de temperatura sem fio. Se a temperatura exceder o limite, ele entrará no módulo de processamento de falhas e emitirá um texto de advertência, além de emitir um conjunto de níveis alto e baixo para iniciar o sinal e o som do alarme. Além das funções básicas de detecção e alarme, o detector de temperatura sem fio também possui a capacidade de transmitir informações. Ele pode ser conectado a um computador por meio de uma linha de dados ou um chip de comunicação serial/paralelo, e os funcionários podem monitorar múltiplos interruptores e peças de contato em tempo real e controlar seu status operacional, de modo a descobrir problemas de segurança existentes a tempo.

2.3 Sistema de monitoramento de temperatura em tempo real

Comparado com os recursos de hardware mencionados acima, como sensores e detectores, o sistema de monitoramento de temperatura em tempo real é mais propenso ao sistema de software no sistema de medição de temperatura sem fio. O sistema de monitoramento de temperatura em tempo real integra a operação geral do hardware de medição de temperatura sem fio, processamento de dados, coleta de sinais e outras funções. Ele se comunica com a equipe por meio da interface do cliente e carrega e emite instruções. Para reduzir a intensidade de trabalho dos operadores, os técnicos desenvolveram um sistema de monitoramento de temperatura em tempo real que atende às descrições acima, de modo a analisar e processar os resultados da medição de temperatura da parte de hardware. O sistema de monitoramento de temperatura em tempo real possui as funções de exibição de temperatura, armazenamento de dados, análise e comparação de dados históricos, alerta de falhas, análise de falhas, análise do status operacional do equipamento, etc., e pode integrar e complementar as funções da parte de hardware. No projeto do sistema de monitoramento de temperatura em tempo real, alguns métodos de projeto modular podem ser usados ​​para o trabalho de processamento de dados redundante, e cada unidade de módulo é decomposta de acordo com a função, e os dados são armazenados e processados ​​por categoria. Este método de design modular permite que o sistema de monitoramento de temperatura em tempo real tenha maior aplicabilidade e segurança. O sistema de monitoramento de temperatura em tempo real pode auxiliar os técnicos a coletar, extrair, comparar e analisar uma grande quantidade de dados, além de relatar diversas condições anormais em tempo real, de acordo com as diferentes temperaturas de diferentes equipamentos, garantindo a operação normal de diversos dispositivos. Ao mesmo tempo, o sistema de monitoramento de temperatura em tempo real também possui bom desempenho de operação e visualização matemática, podendo exibir os dados de um determinado período em um gráfico e marcá-los para facilitar a manutenção posterior.

3. Vantagens e desvantagens do sistema de medição de temperatura sem fio aplicado a equipamentos elétricos de alta tensão

3.1 Vantagens técnicas do sistema de medição de temperatura sem fio aplicado em equipamentos elétricos

Com o avanço da ciência e da tecnologia, o sistema de medição de temperatura sem fio passou por inúmeras atualizações e melhorias, seu desempenho tornou-se cada vez mais robusto e o monitoramento da temperatura tornou-se cada vez mais preciso. A construção de energia atual exige que o sistema de medição de temperatura sem fio seja cada vez mais preciso e em tempo real, especialmente para equipamentos elétricos de alta tensão. O sistema de medição de temperatura sem fio também é constantemente ajustado com a aplicação de equipamentos elétricos de alta tensão. Em termos de recepção de sinal, o sistema de medição de temperatura sem fio estende uma frequência de sinal mais alta com base nas características dos equipamentos elétricos de alta tensão, que possui boa estabilidade e não é facilmente perturbado por fatores externos. A tecnologia de comunicação sem fio é utilizada na transmissão de sinal, que é relativamente simples, com baixo consumo de energia e custo, e pode ser analisada e processada de acordo com os dados recebidos, e o status de funcionamento do instrumento pode ser monitorado em tempo real sem ser afetado pelas restrições climáticas. A temperatura do instrumento pode ser monitorada em tempo real para evitar detecção perdida. Ao mesmo tempo, o alarme de superaquecimento do dispositivo pode ser definido de acordo com as necessidades do usuário, e o operador pode ser lembrado da localização específica do equipamento por meio de som e sinal.

3.2 Aplicação insuficiente de sistema de medição de temperatura sem fio em equipamentos elétricos

A medição de temperatura de equipamentos elétricos de alta tensão utilizando o sistema de medição de temperatura sem fio reduz a intensidade do trabalho de inspeção dos operadores da subestação e, ao mesmo tempo, melhora o desempenho de segurança do equipamento. No entanto, também existem certas deficiências no sistema de medição de temperatura sem fio em uso real. Em primeiro lugar, o sistema de medição de temperatura sem fio é uma tecnologia ativa, que requer uma bateria interna para alimentação. Quando a bateria se esgota, o sistema de medição de temperatura sem fio desliga-se automaticamente e a equipe não consegue ver a temperatura do dispositivo, podendo apenas restaurar a conexão desconectando a linha para substituir a bateria. Como resultado, o número de operações de comutação e cortes de energia não planejados na subestação aumentam significativamente. Para resolver este problema, podemos aprimorar a tecnologia, substituir a bateria interna por uma fonte de alimentação passiva e utilizar a onda eletromagnética gerada pela corrente de ponto fixo como fonte de alimentação, de modo que a confiabilidade de todo o sistema seja aprimorada. Em segundo lugar, alguns indicadores de controle de temperatura do dispositivo de alimentação frequentemente falham em aplicações práticas. Julga-se preliminarmente que a bateria do sensor de medição de temperatura sem fio é insuficiente. Após a falha de energia e a substituição do sensor de medição de temperatura sem fio, esse fenômeno persiste. Nesse caso, é necessário detectar o local, depurar a instalação da extremidade receptora, encurtar a distância entre o ponto de medição de temperatura e o sistema de medição de temperatura sem fio e evitar essa situação. Além disso, o sensor de temperatura sem fio, com sua própria tecnologia ativa, não pode substituir a bateria. Se detectar que a bateria está fraca, o sensor sem fio deve ser substituído. Isso não só aumentará o custo de manutenção do instrumento, como também causará o consumo de recursos do equipamento.

4. Exemplos de aplicação de sistema de medição de temperatura sem fio

Comparado com a tecnologia estrangeira de sistemas de medição de temperatura sem fio, o desenvolvimento da tecnologia doméstica de medição de temperatura está relativamente atrasado, mas devido à atenção contínua da indústria nacional nos últimos anos, o investimento, a mão de obra e os recursos materiais neste campo foram aprimorados. No setor de energia, existem muitos dispositivos auxiliares, especialmente equipamentos de monitoramento para operação de energia. Ou seja, quando a linha atinge uma determinada carga ou alta temperatura, o dispositivo interrompe automaticamente o fornecimento de energia para evitar acidentes. Esses novos produtos práticos são usados ​​principalmente em equipamentos elétricos de alta tensão e suas interfaces são pré-instaladas e não podem ser substituídas. Embora reduza a geração de resistência até certo ponto, é fácil causar falhas devido ao trabalho de longo prazo, o que aumentará a resistência do próprio dispositivo e aumentará o calor durante a operação. Portanto, por um longo período, é fácil causar acidentes de segurança, colocando em risco a saúde, os bens pessoais e a propriedade das pessoas. Em resposta a essa situação, algumas empresas nacionais aplicaram tecnologia de medição de temperatura sem fio à produção de energia. Com a popularidade dessa tecnologia, ela agora é amplamente utilizada não apenas na indústria de energia, mas também em outros setores com problemas de aumento de temperatura.

5. Cenários de aplicação

O dispositivo de medição de temperatura on-line por contato elétrico é adequado para o monitoramento de temperatura de juntas de cabos em armários de distribuição de alta e baixa tensão, contatos de disjuntores, chaves faca, cabeçotes intermediários de cabos de alta tensão, transformadores a seco e equipamentos de baixa e alta tensão. Ele pode prevenir potenciais riscos à segurança causados ​​por resistência de contato excessiva e aquecimento devido a oxidação, folgas, poeira e outros fatores durante a operação, melhorando assim a segurança do equipamento, refletindo o status operacional do equipamento de forma oportuna, contínua e precisa, e reduzindo a taxa de acidentes com equipamentos.

6. Configuração de hardware do sistema

7. Conclusão

Devido ao desenvolvimento contínuo de sensores, comunicação de dados sem fio, mineração de dados e outras tecnologias, o sistema de monitoramento em tempo real da temperatura elétrica de alta tensão se tornará mais científico. Com a aplicação e a popularização do sistema de medição de temperatura sem fio, o setor elétrico do nosso país também se tornou mais estável e seguro, e seu progresso tecnológico contribuiu para o desenvolvimento do nosso país.

Referências:

[1] Manual de Projeto e Aplicação de Microrrede Acrel Enterprise. Versão 2022.05

O sistema de monitoramento de temperatura on-line é composto principalmente por um sensor de temperatura e uma unidade de aquisição/exibição de temperatura na camada de equipamento, um gateway de computação de ponta na camada de comunicação e um host do sistema de medição de temperatura na camada de controle da estação para realizar o monitoramento de temperatura on-line das principais partes elétricas do sistema de transformação e distribuição de energia.