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淺談開關柜無線測溫系統(tǒng)的應用用電安全的解決方案

更新時間:2024-06-27 點擊次數(shù): 181次

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:溫度是維護電力系統(tǒng)高壓設備正常運行的重要參數(shù),隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,針對高壓設備進行溫度在線監(jiān)測已變得日益重要。文章中的智能無線測溫系統(tǒng),通過對開關柜溫度進行智能實時監(jiān)控,可準確、及時掌握開關柜運行溫度變化趨勢,并結合實時電流通過的橫向和縱向等智能判據(jù),可提前感知開關柜因過溫而引起的安全隱患,有針對性地制定預防措施,從而實現(xiàn)狀態(tài)檢修,避免出現(xiàn)故障,進而減少運維人員工作量。

關鍵詞:智能判據(jù) ;無線測溫 ;開關柜

0引言

在變電站內,高壓設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、觸頭老化等因素導致接觸電阻增大而產生過熱現(xiàn)象,進而導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。因此需對高壓設備的溫度進行監(jiān)測,做

到事故的提前預防。目前,常規(guī)的無線測溫系統(tǒng)僅監(jiān)測高壓設備的實時溫度,超過溫度上限進行告警,無法提前預知高壓設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合實時電流的方式,通過智能算法,可提前感知開關柜因老化或環(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。每個溫度傳感器采集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,通過感應一次設備電流獲取自身工作所需的能量,工作頻率為433MHz,

傳輸距離為200m,測溫范圍–25~+125℃。

(2)無線環(huán)境溫濕度傳感器。采集高壓設備環(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集1路環(huán)境溫度和濕度值,可安裝在開關柜或配電室內。無線環(huán)境溫濕度傳感器內置可更換的3.6V 鋰電池,工作頻率為433MHz,傳輸距離為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發(fā)至保護裝置。無線接收器內置磁鐵,吸附于開關柜低壓室內壁上,通過通訊電纜連接至保護裝置的通信口。

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,然后通過 ModbusRTU 通訊協(xié)議及 RS–485接口與保護裝置通訊。由于無線接收器吸附于開關柜低壓室內壁上,通過1根短通訊電纜即可連接至保護裝置通訊口進行通訊,無需進行單獨組網(wǎng)通訊。保護裝置收到傳感器溫度信號后,將在LCD 面板顯示溫度值,同時結合一次負荷電流進行智能判斷,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)和報警信號的遠程監(jiān)視。與電力監(jiān)控系統(tǒng)共用1套監(jiān)視系統(tǒng),利用了原有設備無后期費用追加優(yōu)勢,達到了降低系統(tǒng)設備運維成本的目的,且利于運行人員監(jiān)視和維護。

同時依靠電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)關通過云服務可將數(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監(jiān)測到設備的溫度,并且能在超溫時自動發(fā)出報警信號,及時推送到具體負責人員的智能手機終端,實現(xiàn)高效的問題處理,地降低了高壓設備事故風險,保證供電可靠性(圖1)。

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圖1 通訊架構

3開關柜智能無線測溫系統(tǒng)

3.1 具體應用方案

智能無線測溫功能集成于綜合保護裝置中,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柜 ABC 三相每相的4個位置:母排、斷路器上觸臂、斷路器下觸臂、進出線。

3.1.1 分布式測溫方案

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

特點 :①每個間隔均可實現(xiàn)基于實時電流的智能過溫報警功能 ;②具有結合電流的傳感器離線報警功能 ;③基于間隔配置,方便運維 ;④可工作于電磁干擾嚴重場合。

3.1.2 母線集中式測溫方案

進線開關柜配置1個無線接收器,根據(jù)用戶實際情況選擇重要大負荷開關柜安裝無線溫度傳感器。能與安裝在本母線的5個開關柜的多60個溫度傳感器和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(圖2)。

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圖2 母線集中式測溫方案應用場景

特點 :①適用于小型站 ;②進線可以實現(xiàn)基于實時電流的智能過溫報警功能 ;③其它間隔根據(jù)純溫度判斷異常過溫狀態(tài) ;④經(jīng)濟簡單,只需要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裝置通過實測溫度結合實時電流的方式實現(xiàn)智能溫度告警。

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

4個智能判據(jù)分別是 :①電流補償同安裝點橫向判據(jù);②電流補償絕對閥值判據(jù);③無電流同相縱向判據(jù);④無電流絕對閥值判據(jù)。

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

3.2.1 有流判據(jù)

(1)電流補償同安裝點橫向判據(jù)(圖3)。同一間隔,同一組安裝點多會配置 ABC 三相3個測溫點。例如,出線電纜 A 相測溫點,出線電纜 B 相測溫點,出線電纜 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,因此可橫向比較 ABC 三相3個測點電流產生的溫升,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,當檢測到某一測溫點溫升異常升高后告警。

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圖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。

  1. 電流補償絕對閥值判據(jù)。根據(jù)國標要求的溫升閥值,確定測溫點額定電流下的溫升閥值。根據(jù)當前工作點的電流值,計算對應該電流的溫升動作閥值。當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,對應電流做過補償,遠小于國標要求的溫升閥值,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,同一相多有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,因此可比較同一相縱向上多個測溫點的溫 升,當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(圖4)。

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圖4 縱向判據(jù)

(2)無電流絕對閥值判據(jù)。根據(jù)國標要求的溫升閥值,設定一個大允許溫升閥值,當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)國標要求的溫度閥值,設定一個大允許溫度閥值,當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(表1)。

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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柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(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,提高設備安全保障,及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài),降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通訊,系統(tǒng)設計遵循國際標準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、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能,可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應,預防嚴重故障發(fā)生。

4.2應用場所

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、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

4.3系統(tǒng)結構

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

4.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:

1)溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值,也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

2)溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

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3)運行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

4)實時告警:系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠對所有事件發(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時提醒值班人員。

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

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4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計算網(wǎng)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關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

Acrel-2000/T

硬件:內存4G,硬盤500G,以太網(wǎng)口。

顯示器:21寸,分辨率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、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規(guī)約

智能通信

管理機

XSX03121

Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關,2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴展。

無線測溫集中采集設備

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Acrel-2000T/A

壁掛式安裝

標配一路485接口、一路以太網(wǎng)口

自帶蜂鳴器告警

柜體尺寸480*420*200(單位mm)

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Acrel-2000T/B

硬件:內存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口

顯示器:12寸,分辨率800*600

操作系統(tǒng):Windows7

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

可選Web平臺/APP服務器

柜體尺寸為480*420*200(單位mm)

顯示終端

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ATP007

ATP010

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

HG9A9394

ARTM-Pn

面框96*96*17mm,深度65mm;開孔92*92mm;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接收60個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

HG9A5394

ASD320

ASD300

面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;開孔220*165mm;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接收12個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

智能溫度

巡檢儀

HG9A9393

ARTM-8

開孔88*88mm嵌入式按照;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

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

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ARTM-24

35MM導軌安裝;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

24路NTC或PT100、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

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ATC450-C

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

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ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個ATE100/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

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ATE100M

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。

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ATE200

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

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ATE200P

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護等級IP68;35*35*17mm,L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

CT取電型無線測溫傳感器

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ATE400

CT感應取電,啟動電流≥5a;

-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空曠距離150米;

合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。

有線溫度

傳感器

PT100

PT100

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

用于變壓器、電機繞組測溫時,建議變壓器或電機內部預埋好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、線長與供應商聯(lián)系;

5安科瑞AMB300系列母線槽紅外測溫解決方案

安科瑞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,提示管理人員應對報警點予以重視或采取必要的預防措施。

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此母線槽紅外測溫解決方案由人機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)通過RS485線與本地觸摸屏和后臺監(jiān)控進行通信(如下圖),系統(tǒng)設計遵循際標準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、抗共模干擾能力強等優(yōu)點。

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AMB300紅外測溫組網(wǎng)示意圖

AMB300紅外測溫系統(tǒng)拓撲圖

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AMB300紅外測溫原理示意圖

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AMB300紅外測溫管理軟件界面

安科瑞系統(tǒng)平臺界面

6 結束語

智能無線測溫系統(tǒng)進行嚴格的系統(tǒng)測試后,已應用到了多個現(xiàn)場,通過對多個現(xiàn)場測試結果的對比分析,數(shù)據(jù)傳輸準確可靠,在電力系統(tǒng)監(jiān)控后臺可實時掌握開關柜各位置的溫度變化趨勢,溫度異常時可智能提前預警,提醒運行人員針對性地制定預防措施,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:

[1] 谷傳國,付俊華,王浩,官建濤.開關柜智能無線測溫系統(tǒng)研究.

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[3] 李徽勝,羅惠雄,劉佳 . 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的無線測溫系統(tǒng)設計 [J]. 自動化技術與應用,2022,41(5):103-106.

[4] 劉賓 . 無線測溫技術在高壓系統(tǒng)中的應用 [J]. 新型工業(yè)化,2021,11(8):31-32.

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022年05版.

作者簡介

劉細鳳,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事配電監(jiān)測的研究與應用。


聯(lián)