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水电站复杂强交变磁场环境IPB温度监测系统研究与应用

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成果主要完成人

周明,邹洪刚,周洪宇,张玮,唐方海,叶茂根,伍峰,任泓宇

项目概况

1)研究背景 大岗山水电站4台发电机-变压器组,自2015年投产以来,主变低压侧IPB测温系统故障发生了30余次,引起故障的主要原因是测温系统中电源回路、测量回路均为有线测量,在强交变磁场环境中导线瞬间发生强电磁感应烧损测温仪表和测温元件。通过测温元件与IPB外壳之间增加绝缘套、测温元件引出线增加金属屏蔽层、断开温度显示仪表电源并甩开测温探头与仪表间接线等方式,故障隐患依然存在。 2)项目主要内容 项目以光能和温差能收集技术为基础,以低功耗传感技术为工程手段,研发基于光能和温差能采集的免维护低功耗无线感温系统,主要研究基于自供能无线低功耗传感系统关键技术,在传感器上通过环境能量采集+电池储能的方式实现自我供电,并完成数据采集和无线数据传输。项目通过研究光能和温差能采集技术、低功耗红外感温技术、低功耗接触式感温术以及低功耗LoRa无线传输技术,搭建了IPB温度在线监测系统,实现了复杂强交变磁场环境下IPB母线导体及其外壳的高质量温度监测及远程数据传输,提高了温度监测系统可靠性,降低了运维成本。 3)创新性 ①从取能设计上,以光取能+温差取能+电池储能为基础,替代之前的有源设计,以杜绝电源回路导致的测温装置元器件烧毁故障; ②从通讯设计上,通过自定义无线LoRa技术将测温设备采集的被测母线导体及铝制外壳的实时温度信息传输到本地显示屏及站内监控中心。 ③结构设计方面,由于发电机或主变压器侧的电磁环境复杂,在传感设备内电路、天线与结构设计充分考虑被测体与内部电路的物理绝缘。电路设计上采用电路板级的鼠笼屏蔽结构和高频无线通讯协议,在天线设计上考虑增强无线发射灵敏度。 ④材料设计方面,传感器外壳采用铝制材料对流过传感设备的感应交变电流进行屏蔽。 4)应用推广情况 大岗山电站4台主变低压侧IPB外壳测温传感器、导体测温传感器已经全部安装使用。IPB无线无源测温系统整体运行状态较好,传感器的无源供能功能正常、无线通信正常、边缘网关数据与站内监控中心通信正常。