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開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用研究

更新時間:2024-06-24      點擊次數(shù):232

0引言

在變電站內(nèi),高壓設(shè)備在長期運行過程中,其觸點和連接處等位置會因長期過載、接頭松動、觸頭老化等因素導(dǎo)致接觸電阻增大而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致觸點異常升溫而損壞,甚至發(fā)生熔融、燃燒、爆炸等各種安全事故。因此需對高壓設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)測,做到事故的提前預(yù)防。目前,常規(guī)的無線測溫系統(tǒng)僅監(jiān)測高壓設(shè)備的實時溫度,超過溫度上限進(jìn)行告警,無法提前預(yù)知高壓設(shè)備因過溫而引起的安全隱患,文章的智能無線測溫系統(tǒng)采用傳感器實測溫度結(jié)合實時電流的方式,通過智能算法,可提前感知開關(guān)柜因老化或環(huán)境因素造成接觸電阻增大而引發(fā)的過溫安全隱患。

1智能無線測溫硬件配置

1)無線溫度傳感器。采集高壓設(shè)備溫度并通過無線方式將其發(fā)送至無線接收器。每個溫度傳感器采1路溫度量,可安裝在斷路器觸頭、母排、高壓電纜接頭等位置。無線溫度傳感器無源無電池,通過感應(yīng)一次設(shè)備電流獲取自身工作所需的能量,工作頻率433MHz,

傳輸距離200m,測溫范25~+125。

2)無線環(huán)境溫濕度傳感器。采集高壓設(shè)備環(huán)境溫濕度并通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線接收器。每個溫濕度傳感器采1路環(huán)境溫度和濕度值,可安裝在開關(guān)柜或配電室內(nèi)。無線環(huán)境溫濕度傳感器內(nèi)置可更換3.6V 鋰電池,工作頻率433MHz,傳輸距離150m。

3)無線接收器。將溫度傳感器和環(huán)境溫濕度傳感器發(fā)出的無線溫度及溫濕度信號轉(zhuǎn)發(fā)至保護(hù)裝置。無線接收器內(nèi)置磁鐵,吸附于開關(guān)柜低壓室內(nèi)壁上,通過通訊電纜連接至保護(hù)裝置的通信口。

2智能無線測溫通訊方案

無線接收器通過無線信號接收溫度傳感器和溫濕度傳感器發(fā)出的溫度及溫濕度信號,然后通 ModbusRTU 通訊協(xié)議 RS485接口與保護(hù)裝置通訊。由于無線接收器吸附于開關(guān)柜低壓室內(nèi)壁上,通1根短通訊電纜即可連接至保護(hù)裝置通訊口進(jìn)行通訊,無需進(jìn)行單獨組網(wǎng)通訊。保護(hù)裝置收到傳感器溫度信號后,將LCD 面板顯示溫度值,同時結(jié)合一次負(fù)荷電流進(jìn)行智能判斷,然后通過通訊協(xié)議將溫度值及報警信號送至電力監(jiān)控系統(tǒng),即可實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)和報警信號的遠(yuǎn)程監(jiān)視。與電力監(jiān)控系統(tǒng)共1套監(jiān)視系統(tǒng),利用了原有設(shè)備無后期費用追加優(yōu)勢,達(dá)到了降低系統(tǒng)設(shè)備運維成本的目的,且利于運行人員監(jiān)視和維護(hù)。

同時依靠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)通過云服務(wù)可將數(shù)據(jù)接入云平臺,實現(xiàn)測溫信號的移動運維,不僅可通過智能手機(jī)監(jiān)測到設(shè)備的溫度,并且能在超溫時自動發(fā)出報警信號,及時推送到具體負(fù)責(zé)人員的智能手機(jī)終端,實現(xiàn)高效的問題處理,地降低了高壓設(shè)備事故風(fēng)險,保證供電可靠性(1)。

img1 

1 通訊架構(gòu)

3開關(guān)柜智能無線測溫系統(tǒng)

3.1 具體應(yīng)用方案

智能無線測溫功能集成于綜合保護(hù)裝置中,支持分布式測溫方案和母線集中式測溫方案。

溫度傳感器的安裝位置位于開關(guān) ABC 三相每相4個位置:母排、斷路器上觸臂、斷路器下觸臂、進(jìn)出線。

3.1.1 分布式測溫方案

每個間隔開關(guān)柜的保護(hù)裝置1個無線接收器,可與本間隔的12個溫度傳感器2個環(huán)境溫濕度傳感器配套工作。

 每個間隔均可實現(xiàn)基于實時電流的智能過溫報警功 ;具有結(jié)合電流的傳感器離線報警功 基于間隔配置,方便運 可工作于電磁干擾嚴(yán)重場合。

3.1.2 母線集中式測溫方案

進(jìn)線開關(guān)柜配1個無線接收器,根據(jù)用戶實際情況選擇重要大負(fù)荷開關(guān)柜安裝無線溫度傳感器。能與安裝在本母線5個開關(guān)柜的60個溫度傳感器10個環(huán)境溫濕度傳感器配套工作。本方案的無線接收器需使用外置高增益天線(2)。

img2 

2 母線集中式測溫方案應(yīng)用場景

 適用于小型 ;進(jìn)線可以實現(xiàn)基于實時電流的智能過溫報警功 其它間隔根據(jù)純溫度判斷異常過溫狀態(tài) ;經(jīng)濟(jì)簡單,只需1個無線接收器。

3.2 智能告警判據(jù)

智能無線測溫基于保護(hù)裝置通過實測溫度結(jié)合實時電流的方式實現(xiàn)智能溫度告警。

智能無線測溫包4個智能判據(jù),能同時工作,一旦觸發(fā)其1個判據(jù),將會發(fā)出對應(yīng)的測量點溫度告警消息。

4個智能判據(jù)分別 電流補償同安裝點橫向判據(jù);電流補償絕對閥值判據(jù);無電流同相縱向判據(jù);無電流絕對閥值判據(jù)。

4類判據(jù)分別對單個測量點的絕對溫/溫度,縱向測量點及橫向測量點結(jié)合電流后的溫升進(jìn)行監(jiān)測,從而對開關(guān)柜進(jìn)行矩陣式的全面監(jiān)測。

3.2.1 有流判據(jù)

1)電流補償同安裝點橫向判據(jù)(3)。同一間隔,同一組安裝點多會配 ABC 3個測溫點。例如,出線電 A 相測溫點,出線電 B 相測溫點,出線電 C 相測溫點,它們處于同一橫截面,使用相同的材料和連接方式,因此可橫向比 ABC 3個測點電流產(chǎn)生的溫升,來判斷溫升是否異常。三相電流的不平衡會引起溫升的不平衡,電流補償后,當(dāng)檢測到某一測溫點溫升異常升高后告警。

img3 

3 橫向判據(jù)

由于同一安裝位置的三相測溫點,連接方式相同, 期望溫升相同,因此該判據(jù)靈敏性高。

.       電流補償絕對閥值判據(jù)。根據(jù)國標(biāo)要求的溫升閥值,確定測溫點額定電流下的溫升閥值。根據(jù)當(dāng)前工作點的電流值,計算對應(yīng)該電流的溫升動作閥值。當(dāng)測溫點測得的溫度超過計算得到的溫升動作閥值后告警。

此判據(jù)電流的溫度告警閥值,對應(yīng)電流做過補償,遠(yuǎn)小于國標(biāo)要求的溫升閥值,因此該判據(jù)靈敏性較高。

3.2.2 無流判據(jù)

1)無電流同相縱向判據(jù)。同一間隔,同一相多4個測溫點,例如,母排測溫點、斷路器上觸臂測溫點、 斷路器下觸臂測溫點、進(jìn)出線測溫點。同一相縱向上的各個測溫點,流過的電流相同,溫升只與節(jié)點阻抗和散熱條件有關(guān),因此可比較同一相縱向上多個測溫點的 升,當(dāng)某一測溫點的溫升與縱向其他測溫點的溫升相比異常升高時告警(4)。

img4 

4 縱向判據(jù)

2)無電流絕對閥值判據(jù)。根據(jù)國標(biāo)要求的溫升閥值,設(shè)定一個大允許溫升閥值,當(dāng)實測點的溫升大于大允許溫升,判斷該測點溫度異常,告警。根據(jù)國標(biāo)要求的溫度閥值,設(shè)定一個大允許溫度閥值,當(dāng)實測溫度大于大允許溫度時,判斷該測點溫度異常告警。

由于國標(biāo)要求的大允許溫升閥值和大允許溫度閥值較高,此判據(jù)不是很靈敏,因此大允許溫升閥值和大允許溫度閥值可以在定值中修改(1)。

img5 

4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測,防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

4.2應(yīng)用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

img6 

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:

1)溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,也可實現(xiàn)電WEB/機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

img7 

2)溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

img8 

3)運行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

img9 

4)實時告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短/APP推送告警消息,及時提醒值班人員。

img10 

5)歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析等。

img11 

4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采/顯示單元,通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱

外形

型號

參數(shù)說明

系統(tǒng)組態(tài)軟件

img12 

Acrel-2000/T

硬件:內(nèi)4G,硬500G,以太網(wǎng)口。

顯示器21寸,分辨1280*1024

操作系統(tǒng)Windows764位簡體中文旗艦版。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MicrosoftSQLServer2008R2

通訊協(xié)議IEC60870-5-103、IEC60870-5-104ModbusRTU、ModbusTCP等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約

智能通信

管理機(jī)

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Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關(guān)2路網(wǎng)口,4RS485,可選1LORA,帶電告警功能,支4854G從模塊擴(kuò)展。

無線測溫集中采集設(shè)備

img14 

Acrel-2000T/A

壁掛式安裝

標(biāo)配一485接口、一路以太網(wǎng)口

自帶蜂鳴器告警

柜體尺480*420*200(單mm

img15 

Acrel-2000T/B

硬件:內(nèi)4G,硬128G,以太網(wǎng)口

顯示器12寸,分辨800*600

操作系統(tǒng)Windows7

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MicrosoftSQLServer2008R2

Web/APP服務(wù)器

柜體尺寸480*420*200(單mm)

顯示終端

img16 

ATP007

ATP010

DC24V供電;一路上RS485接口;一路下RS485接口;可接20ATC200/1ATC400/1ATC450-C。

img17 

ARTM-Pn

96*96*17mm,深65mm;開92*92mm

AC85-265VDC100-300V供電;

一路上RS485接口Modbus協(xié)議;

可接60ATE100/200/300/400;配ATC200/300/450。

img18 

ASD320

ASD300

237.5*177.5*15.3mm,深67mm;開220*165mm;

AC85-265VDC100-300V供電;

一路上RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接12ATE100/200/300/400;配ATC200/300/450。

智能溫度

巡檢儀

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ARTM-8

88*88mm嵌入式按照;

AC85-265VDC100-300V供電;

一路上RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接8PT100傳感器,適用于低壓開關(guān)柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫;

img20 

ARTM-24

35MM導(dǎo)軌安裝;

AC85-265VDC100-300V供電;

一路上RS485接口,Modbus協(xié)議;

24NTCPT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出,用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫;

無線收發(fā)器

img21 

ATC450-C

可接60ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。

img22 

ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接240ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)ATC600-Z做中繼透傳。

電池型無線測溫傳感器

img23 

ATE100M

電池供電,壽5;-50~+125

±1;470MHz,空曠距150米;

32.4*32.4*16mm(**)。

img24 

ATE200

電池供電,壽5-50~+125;

±1;470MHz,空曠距150米;

35*35*17mm,L=330mm(**高,三色表)。

img25 

ATE200P

電池供電,壽5;-50~+125;

±1;470MHz,空曠距150,防護(hù)等IP68;35*35*17mm,L=330mm(**高,三色表)。

CT取電型無線測溫傳感器

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ATE400

CT感應(yīng)取電,啟動電5a;

-50~125;精±1470MHz,空曠距150米;

合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(**)。

有線溫度

傳感器

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PT100

用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機(jī)繞組測溫時,建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋Pt100

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NTC

用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

5安科AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案

安科AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案,這是一款非接觸式紅外測溫裝置,能夠解決母線槽溫升過高的問題,實時把連接器中每相溫度數(shù)據(jù)上傳后臺,提示管理人員應(yīng)對報警點予以重視或采取必要的預(yù)防措施。

img29 

此母線槽紅外測溫解決方案由人機(jī)HMI觸摸屏,紅外測溫模塊,紅外采集器,電源模塊組成。該系統(tǒng)通RS485線與本地觸摸屏和后臺監(jiān)控進(jìn)行通信(如下圖),系統(tǒng)設(shè)計遵循際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。RS-485作為一種串行通信的接口具有傳輸距離長、速度較高、電平兼容性好、使用靈活方便、成本低廉和可靠度高等特點,與無線通信方式相比,具有價格低、抗共模干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。

img30 

AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

img31 

AMB300紅外測溫系統(tǒng)拓?fù)鋱D

img32 

img33AMB300紅外測溫原理示意圖

img34img35img36 

AMB300-D4 AMB300-D1 AMB300-Z

AMB300紅外測溫管理軟件界面

img37 

img38 

安科瑞系統(tǒng)平臺界面

img39 

img40 

6 結(jié)束語

智能無線測溫系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的系統(tǒng)測試后,已應(yīng)用到了多個現(xiàn)場,通過對多個現(xiàn)場測試結(jié)果的對比分析,數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確可靠,在電力系統(tǒng)監(jiān)控后臺可實時掌握開關(guān)柜各位置的溫度變化趨勢,溫度異常時可智能提前預(yù)警,提醒運行人員針對性地制定預(yù)防措施,為運行單位減少了運維工作量,提高了運維單位的工作效率和供電可靠性。

參考文獻(xiàn):

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