Ứng dụng hệ thống đo nhiệt độ không dây trong thiết bị điện cao thế của mỏ than

Điện thoại: +86 18702111813 Email: shelly@acrel.cn

Công ty TNHH Acrel

Tóm tắt:Với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế xã hội, hệ thống điện đang chuyển động theo hướng điện áp cao và công suất cao. Các công nghệ và thiết bị mới của hệ thống điện xuất hiện liên tục, và khả năng truyền tải điện tiếp tục được cải thiện. Tuy nhiên, tải điện cao áp do thiết bị điện cao áp mang theo cũng khiến nhiệt độ tăng lên của chính nó trở thành thủ phạm đe dọa đến sự ổn định của lưới điện. Nhiệt độ thiết bị đã trở thành một thông số quan trọng đối với hoạt động ổn định của thiết bị truyền tải điện trong lưới điện hiện tại. Dựa trên các lý do khiến nhiệt độ của thiết bị điện cao áp tăng lên, bài viết này phân tích cấu trúc và ứng dụng của hệ thống đo nhiệt độ không dây, phân tích ưu điểm và nhược điểm của ứng dụng và cung cấp các ví dụ ứng dụng để làm tài liệu tham khảo cho hoạt động ổn định và phát triển của hệ thống điện nước ta.

Từ khóa:Hệ thống đo nhiệt độ không dây; thiết bị điện cao thế; ưu và nhược điểm

Thiết bị điện cao thế trong hệ thống điện nước ta có nhiều điểm đấu nối khác nhau như mối nối cầu dao cách ly, nút thanh cái,... Do vấn đề về chất lượng trong quá trình sản xuất hoặc an toàn nên nhiều thiết bị sẽ có vấn đề tiếp xúc kém, trong quá trình sử dụng sẽ phát sinh điện trở lớn, dẫn đến vấn đề tăng nhiệt độ.

1. Nguyên nhân làm tăng nhiệt độ của thiết bị điện cao thế

Ứng dụng của hệ thống đo nhiệt độ không thể tách rời khỏi việc phân tích nguyên nhân gây ra vấn đề tăng nhiệt độ. Đầu tiên là vấn đề về chất lượng và lắp đặt của bản thân thiết bị điện cao thế, đặc biệt là tại các mối nối bu lông thiết bị. Các điểm kết nối có đáp ứng các tiêu chuẩn hay không và độ kín có đáp ứng các tiêu chuẩn hay không đều ảnh hưởng đến độ bền của điện trở. Nhiều kết nối thiết bị sẽ có vấn đề không đồng đều và thô ráp trong quá trình lắp đặt. Mài không đủ cũng sẽ dẫn đến tăng điện trở và tiếp xúc kém, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc sử dụng thiết bị và làm cho vấn đề tăng nhiệt độ trở nên rõ ràng. Thứ hai, việc bảo vệ bất cẩn trong quá trình vận chuyển thiết bị điện cao thế sẽ gây ra va đập, dẫn đến biến dạng các điểm kết nối hoặc các bộ phận quan trọng, do đó dẫn đến tiếp xúc kém. Thứ ba, bề mặt kim loại của bản thân thiết bị điện cao thế dễ bị ăn mòn hoặc phản ứng oxy hóa và các vấn đề trên bề mặt thiết bị cũng sẽ ảnh hưởng đến tiếp xúc của thiết bị. Môi trường làm việc kém của một số thiết bị điện, chẳng hạn như nhiệt độ cao, mưa, tuyết và gió mạnh, sẽ đẩy nhanh quá trình lão hóa của chính thiết bị, gây ra các vấn đề tăng nhiệt độ nghiêm trọng. Thứ tư, các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến tiếp xúc kém tại kết nối của thiết bị. Nhiều địa điểm vận hành thiết bị tương đối phức tạp và các liên kết khác nhau như lắp đặt, sử dụng và bảo trì thiết bị cũng dễ xảy ra sai sót, dẫn đến tiếp xúc kém của nhiều đầu nối cáp và công tắc cách ly và các vấn đề tăng nhiệt độ nghiêm trọng. Thứ năm, thiết bị chịu áp suất tải cao trong thời gian dài. Bản thân thiết bị điện cao áp mang theo quá trình truyền tải và ứng dụng điện cao áp. Một khi dòng điện quá lớn và vượt quá khả năng mang của thiết bị, kết hợp với hiệu ứng nhiệt của chính dòng điện, nhiệt độ của thiết bị sẽ tăng nhanh.

Trong quá trình vận hành thiết bị thực tế, năm vấn đề trên sẽ xảy ra tại các mối nối của máy cắt, bộ ngắt mạch, mối nối cáp, ống lót và thanh cái, v.v. Những khu vực này có nhiều lỗi và dễ xảy ra sự cố tăng nhiệt độ. Trong quá trình kiểm tra và bảo trì hàng ngày, nhân viên nên tập trung vào việc kiểm tra và bảo trì. Trong quá trình kiểm tra thiết bị, việc đo nhiệt độ của thiết bị không chỉ có thể nắm bắt được trạng thái của thiết bị trong quá trình sử dụng mà còn kịp thời phát hiện ra nhiệt độ quá mức do tiếp xúc kém hoặc quá tải. Ở trạng thái tích điện, do ảnh hưởng của dòng điện và nhiệt, nhiệt độ bên trong cao hơn thế giới bên ngoài là bình thường, nhưng sự thay đổi nhiệt do chính thiết bị bị hỏng hoặc quá tải cần được theo dõi chặt chẽ. Vấn đề tăng nhiệt độ này sẽ làm trầm trọng thêm tình trạng lão hóa của thiết bị, do đó làm giảm tuổi thọ của thiết bị và thậm chí có thể khiến thiết bị bị cháy. Do đó, việc áp dụng hệ thống đo nhiệt độ cho các thiết bị điện cao thế là rất cần thiết.

Ở Trung Quốc, các phương pháp đo nhiệt độ được sử dụng nhiều nhất cho thiết bị điện cao áp là phương pháp chip sáp hiển thị nhiệt độ, phương pháp đo nhiệt độ hồng ngoại, phương pháp đo nhiệt độ sợi quang và hệ thống đo nhiệt độ không dây. Cả phương pháp hiển thị nhiệt độ và nhiệt kế hồng ngoại đều được vận hành thủ công và dữ liệu không thể được thu thập theo thời gian thực. Thông qua phép đo sợi quang, có thể thu được kết quả đo thời gian thực. Tuy nhiên, trong trường hợp điện áp cao và thấp, nó không thể cô lập hoàn toàn các yếu tố môi trường và không thể đáp ứng các yêu cầu của thông số kỹ thuật thiết bị đo điện đối với các thiết bị đo điện áp cao. Hơn nữa, khi lắp đặt trong tủ, cũng có những trở ngại lớn đối với việc lắp đặt do các vấn đề như sợi quang không chịu được nhiệt độ cao và việc đi dây khó khăn. Công nghệ đo nhiệt độ không dây hiện có chủ yếu dựa vào chế độ truyền không dây hiện tại để khắc phục các vấn đề kết nối và gắn kết của các vòng lặp chính và phụ, do đó cải thiện tính an toàn khi sử dụng điện áp cao.

2. Phân tích cấu trúc hệ thống đo nhiệt độ không dây và ứng dụng thiết bị

Cấu tạo của hệ thống đo nhiệt độ không dây có thể chia thành phần cảm biến nhiệt độ và phần hiển thị và phân tích kết quả giám sát nhiệt độ, cũng như phần cứng và phần mềm của hệ thống. Cấu trúc của hệ thống đo nhiệt độ không dây cho thiết bị điện cao áp như thể hiện trong Hình 1 thường được lắp đặt cảm biến nhiệt độ tại điểm nối của tủ chuyển mạch, mối nối cáp, cầu chì, v.v. Để đảm bảo độ chính xác của phép đo, cảm biến thường ở cùng vị trí điện áp với đối tượng thử nghiệm, sau đó tín hiệu thu được sẽ được truyền và hiển thị bằng công nghệ không dây. Để đảm bảo an toàn khi đo nhiệt độ, các bộ phận làm việc điện áp cao và điện áp thấp được cách điện để tránh rò rỉ và các tai nạn khác. Thông thường, nhiều kênh được cung cấp trên bề mặt bên ngoài của thiết bị làm việc để theo dõi thời gian thực và xử lý dữ liệu của nhiều vị trí. Sau đó, dữ liệu mà máy thu nhận được sẽ được truyền đến máy tính thông qua cổng nối tiếp hoặc song song và được phân tích và xử lý theo chương trình được lập trình sẵn.

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc của hệ thống đo nhiệt độ không dây cho thiết bị điện cao thế

2.1 Cảm biến nhiệt độ

Chức năng của cảm biến nhiệt độ là chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện. Thường sử dụng nhiệt kế cặp Pt100, độ chính xác đo lường có thể đạt tới 0,1 độ C. Cảm biến dòng điện thu nhỏ không từ thông cũng có thể được sử dụng, cũng có giá trị ứng dụng cao. Về mặt kỹ thuật, cảm biến từ chọn Permalloy tổn thất thấp làm lõi sắt và sử dụng công nghệ áp suất âm đặc biệt và phương tiện bảo vệ để thực hiện bù tự động cho lõi sắt, để lõi sắt ở điều kiện làm việc lý tưởng là không từ thông. Ngoài thiết bị đo nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ không dây còn bao gồm nguồn điện, mạch đo, mạch điều khiển logic và mạch liên lạc vô tuyến ở tần số cụ thể. Để thích ứng với các điều kiện làm việc cao hơn, nó thường được đóng gói trong ống co nhiệt áp suất cao, nhiệt độ cao và có một số đặc tính chống thấm nước và chống bụi để đảm bảo sử dụng lâu dài. Vì khu vực làm việc của thiết bị đo nhiệt độ không dây thường nhỏ nên kích thước của nó phải được giảm càng nhiều càng tốt để đáp ứng các điều kiện làm việc trong quá trình sử dụng. Khi sử dụng cảm biến nhiệt độ, có thể sử dụng dây dán chịu nhiệt hoặc công nghệ dán để kết hợp phần tử nhạy nhiệt với bề mặt của vật thể, nhưng cần lưu ý giữ các điểm tiếp xúc gần nhau để giảm lỗi đo. Cảm biến nhiệt độ không dây phải có phạm vi làm việc tuyến tính rộng. Thông thường, phần tử cảm biến nhiệt độ -55~130 độ C được chọn và cảm biến nhiệt độ được chọn theo yêu cầu về độ chính xác đo lường và sai số đo lường trong các điều kiện làm việc khác nhau.

2.2 Máy dò nhiệt độ không dây

Hệ thống cảm biến nhiệt độ không dây có nhiều kênh thu, có thể xử lý và hiển thị nhiều điểm đo khác nhau theo thời gian thực. Có các chức năng phán đoán và xử lý lỗi trong cảm biến nhiệt độ không dây. Nhân viên thiết lập trước một vùng an toàn và thông tin thu thập được sẽ được so sánh với ngưỡng đã thiết lập bởi cảm biến nhiệt độ không dây. Nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng, nó sẽ vào mô-đun xử lý lỗi và đưa ra văn bản cảnh báo, đồng thời đưa ra một tập hợp các mức cao và thấp để bắt đầu phát tín hiệu báo động và âm thanh. Ngoài các chức năng phát hiện và báo động cơ bản, cảm biến nhiệt độ không dây còn có khả năng truyền thông tin. Nó có thể được kết nối với máy tính thông qua đường truyền dữ liệu hoặc chip giao tiếp cổng nối tiếp/song song và nhân viên có thể theo dõi nhiều công tắc và các bộ phận tiếp xúc theo thời gian thực và kiểm soát trạng thái hoạt động của chúng, để phát hiện kịp thời các vấn đề an toàn hiện có.

2.3 Hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực

So với các cơ sở phần cứng nêu trên như cảm biến và máy dò, hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực nghiêng nhiều hơn về hệ thống phần mềm trong hệ thống đo nhiệt độ không dây. Hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực là sự tích hợp của hoạt động phần cứng đo nhiệt độ không dây tổng thể, xử lý dữ liệu, thu thập tín hiệu và các chức năng khác. Nó giao tiếp với nhân viên thông qua giao diện máy khách và tải lên và đưa ra hướng dẫn. Để giảm cường độ lao động của người vận hành, các công nhân kỹ thuật đã phát triển một hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực đáp ứng được mô tả ở trên, để phân tích và xử lý kết quả đo nhiệt độ của phần cứng. Hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực có các chức năng hiển thị nhiệt độ, lưu trữ dữ liệu, phân tích và so sánh dữ liệu lịch sử, cảnh báo lỗi, phân tích lỗi, phân tích trạng thái hoạt động của thiết bị, v.v. và có thể tích hợp và bổ sung các chức năng của phần cứng. Trong thiết kế hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực, một số phương pháp thiết kế mô-đun có thể được sử dụng cho công việc xử lý dữ liệu dự phòng và mỗi đơn vị mô-đun được phân tách theo chức năng và dữ liệu được lưu trữ và xử lý theo danh mục. Phương pháp thiết kế mô-đun này có thể làm cho hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực có khả năng ứng dụng và an toàn cao hơn. Hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực có thể hỗ trợ công nhân kỹ thuật thu thập, trích xuất, so sánh và phân tích lượng lớn dữ liệu và có thể báo cáo nhiều điều kiện bất thường khác nhau theo thời gian thực theo nhiệt độ khác nhau của các thiết bị khác nhau để đảm bảo hoạt động bình thường của nhiều thiết bị khác nhau. Đồng thời, hệ thống giám sát nhiệt độ thời gian thực cũng có hiệu suất hoạt động toán học và trực quan hóa tốt, có thể hiển thị dữ liệu của một khoảng thời gian nhất định dưới dạng biểu đồ và đánh dấu dữ liệu để tạo điều kiện bảo trì sau này.

3. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống đo nhiệt độ không dây ứng dụng cho thiết bị điện cao thế

3.1 Ưu điểm kỹ thuật của hệ thống đo nhiệt độ không dây ứng dụng trong thiết bị điện

Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, hệ thống đo nhiệt độ không dây đã trải qua nhiều lần nâng cấp và cập nhật, hiệu suất của nó ngày càng mạnh mẽ hơn và việc theo dõi nhiệt độ ngày càng chính xác hơn. Cấu trúc nguồn điện hiện tại đòi hỏi hệ thống đo nhiệt độ không dây phải ngày càng chính xác và theo thời gian thực, đặc biệt là đối với thiết bị điện cao thế. Hệ thống đo nhiệt độ không dây cũng được điều chỉnh liên tục với việc áp dụng thiết bị điện cao thế. Về mặt thu tín hiệu, hệ thống đo nhiệt độ không dây mở rộng tần số tín hiệu cao hơn dựa trên đặc điểm của thiết bị điện cao thế, có độ ổn định tốt và không dễ bị nhiễu bởi các yếu tố bên ngoài. Công nghệ truyền thông không dây được sử dụng trong truyền tín hiệu, tương đối đơn giản, tiêu thụ năng lượng và chi phí thấp, có thể phân tích và xử lý theo dữ liệu nhận được và trạng thái làm việc của thiết bị có thể được theo dõi theo thời gian thực mà không bị ảnh hưởng bởi các hạn chế về điều kiện thời tiết. Nhiệt độ của thiết bị có thể được theo dõi theo thời gian thực để tránh phát hiện bị bỏ sót. Đồng thời, báo động quá nhiệt của thiết bị có thể được cài đặt theo nhu cầu của người dùng và người vận hành có thể được nhắc nhở về vị trí thiết bị cụ thể thông qua âm thanh và tín hiệu.

3.2 Ứng dụng hệ thống đo nhiệt độ không dây trong thiết bị điện chưa đầy đủ

Đo nhiệt độ của thiết bị điện cao áp bằng hệ thống đo nhiệt độ không dây làm giảm cường độ công việc kiểm tra của người vận hành trạm biến áp và đồng thời cải thiện hiệu suất an toàn của thiết bị. Tuy nhiên, hệ thống đo nhiệt độ không dây trong quá trình sử dụng thực tế cũng có một số thiếu sót nhất định. Trước hết, hệ thống đo nhiệt độ không dây là công nghệ chủ động, cần có pin tích hợp để cung cấp điện. Khi pin hết, hệ thống đo nhiệt độ không dây sẽ tự động tắt và nhân viên không thể nhìn thấy nhiệt độ của thiết bị và chỉ có thể khôi phục kết nối bằng cách ngắt kết nối đường dây để thay pin, do đó, số lượng hoạt động chuyển mạch và mất điện ngoài ý muốn trong trạm biến áp tăng lên rất nhiều. Để giải quyết vấn đề này, chúng ta có thể cải tiến công nghệ, thay thế pin tích hợp bằng nguồn điện thụ động và sử dụng sóng điện từ do dòng điện điểm cố định tạo ra làm nguồn điện, do đó độ tin cậy của toàn bộ hệ thống đã được cải thiện. Thứ hai, một số chỉ báo kiểm soát nhiệt độ của thiết bị cung cấp điện thường bị hỏng trong các ứng dụng thực tế. Có thể đánh giá sơ bộ rằng pin của cảm biến đo nhiệt độ không dây không đủ. Sau khi mất điện và thay thế cảm biến đo nhiệt độ không dây, hiện tượng này vẫn tồn tại. Trong trường hợp này, cần phải phát hiện vị trí, gỡ lỗi cài đặt đầu thu, rút ​​ngắn khoảng cách giữa điểm đo nhiệt độ và hệ thống đo nhiệt độ không dây và tránh tình trạng này. Ngoài ra, cảm biến nhiệt độ không dây với công nghệ chủ động riêng của nó không thể thay thế pin. Nếu phát hiện pin không đủ, cảm biến không dây phải được thay thế. Điều này không chỉ làm tăng chi phí bảo trì của thiết bị mà còn gây ra tình trạng tiêu thụ tài nguyên của thiết bị.

4. Ví dụ ứng dụng của hệ thống đo nhiệt độ không dây

So với công nghệ hệ thống đo nhiệt độ không dây của nước ngoài, sự phát triển của công nghệ đo nhiệt độ trong nước tương đối tụt hậu, nhưng do sự quan tâm liên tục của ngành công nghiệp trong nước trong những năm gần đây, đầu tư, nhân lực và vật lực trong lĩnh vực này đã được cải thiện. Trong ngành điện, có nhiều thiết bị phụ trợ, đặc biệt là thiết bị giám sát vận hành điện. Nghĩa là khi đường dây chạy đến một mức tải nhất định hoặc nhiệt độ cao, thiết bị sẽ tự động dừng cung cấp điện để tránh tai nạn. Những sản phẩm mới thiết thực này chủ yếu được sử dụng trong các thiết bị điện cao thế và giao diện của chúng được cài đặt sẵn và không thể thay thế. Mặc dù nó sẽ làm giảm sự phát sinh điện trở ở một mức độ nhất định, nhưng dễ gây ra hỏng hóc do làm việc lâu dài, điều này sẽ làm tăng điện trở của chính thiết bị và tăng nhiệt trong quá trình vận hành. Vì vậy, trong thời gian dài, dễ gây ra tai nạn an toàn, gây nguy hiểm cho sức khỏe của cá nhân và tài sản của mọi người. Để ứng phó với tình hình này, một số công ty trong nước đã áp dụng công nghệ đo nhiệt độ không dây vào sản xuất điện. Với sự phổ biến của công nghệ này, hiện nay nó không chỉ được sử dụng rộng rãi trong ngành điện mà còn trong các ngành công nghiệp khác có vấn đề về tăng nhiệt độ.

5. Các tình huống ứng dụng

Thiết bị đo nhiệt độ tiếp xúc điện trực tuyến thích hợp để theo dõi nhiệt độ của các mối nối cáp trong tủ chuyển mạch điện áp cao và thấp, tiếp điểm máy cắt, công tắc dao, đầu trung gian cáp điện áp cao, máy biến áp loại khô, thiết bị điện áp thấp và dòng điện cao. Nó có thể ngăn ngừa các mối nguy hiểm an toàn tiềm ẩn do điện trở tiếp xúc quá mức và nhiệt do quá trình oxy hóa, lỏng lẻo, bụi và các yếu tố khác trong quá trình vận hành, do đó cải thiện an toàn thiết bị, phản ánh kịp thời, liên tục và chính xác trạng thái hoạt động của thiết bị và giảm tỷ lệ tai nạn thiết bị.

6. Cấu hình phần cứng hệ thống

7. Kết luận

Do sự phát triển liên tục của các cảm biến, truyền dữ liệu không dây, khai thác dữ liệu và các công nghệ khác, hệ thống giám sát nhiệt độ điện áp cao theo thời gian thực sẽ trở nên khoa học hơn. Với việc ứng dụng và phổ biến hệ thống đo nhiệt độ không dây, ngành điện của nước ta cũng ổn định và an toàn hơn, và tiến bộ công nghệ của nó đã đóng góp vào sự phát triển của đất nước chúng ta.

Tài liệu tham khảo:

[1] Sổ tay thiết kế và ứng dụng Microgrid Acrel Enterprise. Phiên bản 2022.05

Hệ thống giám sát nhiệt độ trực tuyến chủ yếu bao gồm một cảm biến nhiệt độ và một đơn vị thu thập/hiển thị nhiệt độ ở lớp thiết bị, một cổng điện toán biên ở lớp truyền thông và một máy chủ hệ thống đo nhiệt độ ở lớp điều khiển trạm để thực hiện giám sát nhiệt độ trực tuyến các bộ phận điện chính của hệ thống phân phối và biến đổi điện.