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劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要:變電站電力設(shè)備的溫度變化會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)傳統(tǒng)變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)方式的弊端,提出了種基于ZigBee 協(xié)議的無(wú)線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)采用星型結(jié)構(gòu)組建 ZigBee 無(wú)線網(wǎng),使用 SVG 矢量圖實(shí)現(xiàn)基于 B/S 的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)。測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了數(shù)據(jù)模型的通用性和監(jiān)測(cè)平臺(tái)的可移植性,為變電站溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒。
關(guān)鍵詞:變電站;溫度;在線監(jiān)測(cè);ZigBee 協(xié)議;SVG
0 引言
在電力系統(tǒng)中,電力設(shè)備的溫度變化是個(gè)非常重要的指標(biāo),它關(guān)系到電力設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行。在變電站運(yùn)行過(guò)程中,次設(shè)備的電接點(diǎn)由于設(shè)備制造、觸電氧化、電弧沖擊等原因,會(huì)導(dǎo)致電接點(diǎn)的接觸電阻變大,使其溫度上升。當(dāng)溫度上升到定程度后,設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度將會(huì)出現(xiàn)下降,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的短路,甚至造成設(shè)備的損毀,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,隱患,確保電力系統(tǒng)的運(yùn)行。
傳統(tǒng)的變電站溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)有紅外測(cè)溫法和蠟片法,這些方法都需要人工參與進(jìn)行設(shè)備的檢測(cè),容易出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào),無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量,監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性較差。無(wú)線測(cè)溫方式是利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò),如 ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)[5-6],將傳感器測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接受主機(jī)上,實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。無(wú)線傳感器體積小,可以方便地安裝在變電站設(shè)備的表面,尤其是設(shè)備上容易發(fā)熱出現(xiàn)故障的地方。因此無(wú)線傳感器能較準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行時(shí)的溫度信息,并使測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。通過(guò)觀察監(jiān)控機(jī)的監(jiān)測(cè)頁(yè)面,變電站運(yùn)行人員能夠及時(shí)了解變電站內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度信息。
本文以某 220 kV 無(wú)人值守變電站為原型,提出了種無(wú)人值守變電站無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,能夠全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)溫度告警功能。
1 變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示,根據(jù)系統(tǒng)中各功能模塊的作用,將整個(gè)系統(tǒng)劃分為無(wú)線測(cè)溫模塊和在線監(jiān)測(cè)模塊。
1)無(wú)線測(cè)溫模塊
無(wú)線測(cè)溫模塊包含測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)。測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基于ZigBee 通訊協(xié)議,通過(guò)RS485總線將數(shù)據(jù)傳輸至控制室主機(jī)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與采集部分說(shuō)明了設(shè)備溫度信息存儲(chǔ)模型的設(shè)計(jì)。
2)在線監(jiān)測(cè)模塊
在線監(jiān)測(cè)模塊基于 B/S(Browser/Server)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[7],能夠有效簡(jiǎn)化在線監(jiān)測(cè)客戶端的接入。在線監(jiān)測(cè)功能通過(guò)基于 SVG 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖實(shí)現(xiàn)。
圖 1 變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2 無(wú)線測(cè)溫模塊的設(shè)計(jì)
2.1 無(wú)線協(xié)議
無(wú)線傳輸協(xié)議有很不同的種類。在各類應(yīng)用中,無(wú)線傳輸協(xié)議以藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議為典型代表,表 1 給出了藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議之間的比較。
表 1 藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議比較
在變電站中,測(cè)溫傳感器的安裝數(shù)量是不容忽視的問(wèn)題。本系統(tǒng)雖僅涉及母聯(lián)支路與 1 條主變支路,但仍需安裝 44 個(gè)測(cè)溫傳感器,如果監(jiān)視全部2條主變支路、2 條負(fù)載支路與母聯(lián)支路,則至少需要安裝 100 個(gè)測(cè)溫傳感器,如果再考慮支路末端的分段與其他輔助電氣設(shè)備,測(cè)溫傳感器的數(shù)量將進(jìn)步提升。從這個(gè)角度出發(fā),使用 ZigBee 協(xié)議能夠有效降低測(cè)溫模塊的系統(tǒng)成本。
在無(wú)線測(cè)溫模塊中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以控制信息、文本數(shù)據(jù)信息為主體,對(duì)通訊速率要求不高,和藍(lán)牙傳輸相比,ZigBee 雖然速率較低,但能夠很好地滿足該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。
同時(shí) ZigBee 擁有更好的抗干擾特性并能夠支持 AES 加密技術(shù),保證傳輸數(shù)據(jù)的。綜合以上考慮,ZigBee 協(xié)議在該溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建中具有更好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。
2.2 測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
無(wú)線測(cè)溫模塊使用RS485總線來(lái)完善無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中的不足。表2給出了 RS485 與 ZigBee 無(wú)線協(xié)議的特點(diǎn)。
表 2 RS485 與 ZigBee 協(xié)議比較
無(wú)線通信具有信號(hào)隨距離衰減的特性,當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)距離通信時(shí),需要設(shè)立無(wú)線中繼裝置,保證無(wú)線信號(hào)的有效覆蓋。在較大規(guī)模的變電站中,被監(jiān)測(cè)設(shè)備分布較廣,如要保證所有設(shè)備的正常監(jiān)測(cè),將需要大量的無(wú)線中繼裝置來(lái)保證無(wú)線信號(hào)的有效覆蓋,無(wú)形中增加了系統(tǒng)成本。當(dāng)出現(xiàn)穿墻的無(wú)線傳輸情形時(shí),將需要更多的無(wú)線中繼節(jié)點(diǎn)。為此考慮加入有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決這問(wèn)題,在圖 1 中,即在變電站測(cè)溫區(qū)域與控制室主機(jī)之間使用 RS485 總線。
在每個(gè) ZigBee 無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中,使用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌阌诰W(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控與管理。如果設(shè)備數(shù)量種類較多時(shí),可以增設(shè)中間路由節(jié)點(diǎn),擴(kuò)展成簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹2⒏鶕?jù)定的方式將溫度傳感器進(jìn)行分組,如按照設(shè)備類型分組等,能進(jìn)步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中傳感器的識(shí)別與管理,從而能使上述無(wú)線測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)適用于不同規(guī)模的測(cè)溫區(qū)域。
當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),路由節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn),如終端的溫度傳感器節(jié)點(diǎn),雖然能夠正常采集數(shù)據(jù),但是無(wú)法將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)集中器。此時(shí)可以借助 ZigBee 的自組網(wǎng)特性,將這些子節(jié)點(diǎn)連接到附近其他正常工作的路由節(jié)點(diǎn),通過(guò)新的路由節(jié)點(diǎn)將測(cè)量到的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中,保證溫度數(shù)據(jù)的連貫性。
2.3 數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)
對(duì)于同個(gè)電氣設(shè)備,可能存在多個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn),在進(jìn)行傳感器 ID 與設(shè)備 ID 關(guān)聯(lián)時(shí),采用了面向?qū)ο蟮姆绞竭M(jìn)行關(guān)聯(lián),把被監(jiān)測(cè)設(shè)備作為個(gè)對(duì)象來(lái)看待。以隔離開(kāi)關(guān)為例,由于隔離開(kāi)關(guān)具有兩個(gè)動(dòng)觸點(diǎn),因此安裝有 2 個(gè)溫度傳感器分別進(jìn)行監(jiān)測(cè),但這兩個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)同個(gè)設(shè)備,如果進(jìn)行對(duì)應(yīng),那么在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)覆蓋與丟失,而對(duì)多的結(jié)構(gòu)卻違背數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)原則。因此按照傳感器的安裝位點(diǎn),將被監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行拆分,分解成多個(gè)設(shè)備對(duì)象,作為程序處理與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)體,并根據(jù)設(shè)備是否具有 ABC 三相來(lái)進(jìn)行不同設(shè)備類型的劃分。
圖2為 220 kV 副母刀閘的模型結(jié)構(gòu),該刀閘母線側(cè)與開(kāi)關(guān)側(cè)的兩個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)附近分別裝有無(wú)線溫度傳感器??梢韵葘⒃撛O(shè)備分解為“220 kV 副母刀閘母線側(cè)”與“220 kV 副母刀閘開(kāi)關(guān)側(cè)”兩個(gè)設(shè)備對(duì)象。再將每個(gè)設(shè)備對(duì)象對(duì)應(yīng)的三相傳感器,設(shè)定為設(shè)備實(shí)體屬性。通過(guò)以上兩層結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)同設(shè)備與多個(gè)溫度傳感器的對(duì)應(yīng),并實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的通用化。
圖 2 物理設(shè)備的分解
3 在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)
3.1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)
在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用 B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。B/S 結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的 C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)相比具有以下勢(shì)。
客戶端的簡(jiǎn)化與接入:客戶端計(jì)算機(jī)只需通過(guò)瀏覽器即可訪問(wèn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),無(wú)需安裝客戶端系統(tǒng)。因此任何接入服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的電腦都能訪問(wèn)監(jiān)測(cè)平臺(tái),避免當(dāng)客戶端出現(xiàn)不可抗力的故障時(shí),不能進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。同時(shí),監(jiān)測(cè)平臺(tái)中使用的用戶管理系統(tǒng),避免了非授權(quán)人員對(duì)系統(tǒng)的訪問(wèn),并允許按權(quán)限訪問(wèn)系統(tǒng)功能。
多服務(wù)器部署與網(wǎng)絡(luò)接入:在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠同時(shí)部署在兩臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器上,供不同的用戶進(jìn)行訪問(wèn)。其中不同的服務(wù)器還可以接入不同的網(wǎng)絡(luò),能夠讓多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)用戶的訪問(wèn)同資源。
3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖原理
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能基于 SVG ( Scalable Vector Graphics)圖形格式的圖片來(lái)設(shè)計(jì)。SVG 即可縮放矢量圖形,是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(XML),具有強(qiáng)動(dòng)態(tài)交互性的圖形格式[8-9],并且是 IEC61970 中圖形交換的標(biāo)準(zhǔn)。在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖是張基于變電站次接線圖繪制的 SVG 圖片。
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的溫度數(shù)據(jù)顯示需要后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)的支持,圖 3 給出了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的通信結(jié)構(gòu)。
圖 3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖通信結(jié)構(gòu)
由圖 3 可知,SVG 顯示的溫度數(shù)據(jù)全部來(lái)源于數(shù)據(jù)庫(kù),WEB 平臺(tái)承擔(dān)著數(shù)據(jù)查詢與讀取的功能。但數(shù)據(jù)庫(kù)和 SVG 兩個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立,當(dāng)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)向 SVG 界面進(jìn)行傳輸時(shí),需要將傳感器 ID 和溫度信息進(jìn)行對(duì)應(yīng),即每條“ID-溫度”信息都
需要在 SVG 模型中查詢到對(duì)應(yīng) ID 再進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。為了提高 SVG 的數(shù)據(jù)更新效率,可以在 WEB平臺(tái)的數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中,對(duì)讀取的數(shù)據(jù)按照 SVG需求進(jìn)行排序。
排序信息以 XML 配置文件的形式進(jìn)行描述,圖 4 為 XML 文件示意圖。圖中 Temperature 節(jié)點(diǎn)下的 equipLabel 子節(jié)點(diǎn)分別與 SVG 中的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的排序。
經(jīng)過(guò)排序之后的數(shù)據(jù)信息,不需要再按照 ID在 SVG 模型中進(jìn)行查詢對(duì)應(yīng),可以將純數(shù)據(jù)信息次性直接存儲(chǔ)在 SVG 模型中。當(dāng)增加監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量時(shí),只需要在 Temperature 節(jié)點(diǎn)下新增個(gè)equipLabel節(jié)點(diǎn),并在SVG圖形上增加對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn),即可實(shí)現(xiàn)新增數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。
SVG 所需數(shù)據(jù)信息通過(guò) XML 配置文件進(jìn)行描述,與監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)模型無(wú)關(guān),便于系統(tǒng)的移植與擴(kuò)展。移植時(shí),SVG 圖可以由變電站次接線圖得到,因此只需要修改上述排序配置文件,即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移植,使系統(tǒng)具有較好的通用性。
圖 4 SVG 的排序結(jié)構(gòu)圖
3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的數(shù)據(jù)表現(xiàn)直接影響監(jiān)測(cè)效果的直觀性與準(zhǔn)確性。圖 5 為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的初期效果(圖中的數(shù)據(jù)為測(cè)試數(shù)據(jù),并非現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù))。
圖 5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)初期效果
圖 5 中,灰色方塊表示無(wú)線測(cè)溫傳感器,傳感器附近文字標(biāo)注了對(duì)應(yīng)傳感器的安裝位置,帶顏色的數(shù)據(jù)表示設(shè)備溫度信息。當(dāng)設(shè)備溫度處于正常范圍時(shí),用綠色表示溫度正常;當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)警閾值而低于告警閾值時(shí),用紫色表示溫度預(yù)警;當(dāng)溫度超過(guò)告警溫度閾值時(shí),用紅色表示溫度告警。
考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的傳輸數(shù)據(jù)量,只傳輸組處理后的數(shù)據(jù),即三相平均值或三相較大值,進(jìn)行溫度的顯示與監(jiān)測(cè)。這設(shè)計(jì)雖然傳輸數(shù)據(jù)量變少,但是存在信息不完整的問(wèn)題。
使用平均值顯示時(shí),當(dāng)某相溫度過(guò)高,如 A相,而另外兩相溫度正常時(shí),由于加權(quán)平均的效果,會(huì)讓顯示的平均溫度處在溫度告警的區(qū)間之外,但實(shí)際上 A 相溫度可能達(dá)到了告警溫度,而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)卻不能正確給出告警。使用較大值時(shí),能夠讓變電站監(jiān)測(cè)人員準(zhǔn)確了解設(shè)備的預(yù)警和告警信息,但是這種顯示方式無(wú)法體現(xiàn)各個(gè)相序的溫度數(shù)據(jù),再借助其他方式進(jìn)行查詢。同時(shí),當(dāng)有兩相或三相溫度同時(shí)出現(xiàn)異常時(shí),監(jiān)測(cè)畫(huà)面只能顯示故障嚴(yán)重的相,故障信息出現(xiàn)嚴(yán)重缺失。上述方式都大大降低了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的功能效果。
圖 6 為完整信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)(圖中的數(shù)據(jù)為測(cè)試數(shù)據(jù),并非現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)),監(jiān)測(cè)圖同時(shí)顯示了三相的溫度數(shù)據(jù)。為了區(qū)分相位,通過(guò)在溫度數(shù)據(jù)之后添加個(gè)大寫(xiě)字母來(lái)表示對(duì)應(yīng)的相位。如:數(shù)據(jù)“8.58A”表示 2 號(hào)主變 35 kV 套管側(cè) A 相溫度為 8.58 ℃。這種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式能夠更直觀的給出整個(gè)系統(tǒng)的溫度、告警信息,大大提高了監(jiān)測(cè)圖的展示效果,具有更好的應(yīng)用價(jià)值。
圖 6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)示例
4 溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
4.1 傳感器的安裝
在安裝傳感器時(shí),應(yīng)該以少準(zhǔn)確的原則確定安裝點(diǎn)和安裝數(shù)量。因此傳感器的安裝數(shù)量與測(cè)量的準(zhǔn)確性決定了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效率與可靠性。變電站中隔離開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn),電容器與避雷器的接入點(diǎn)都是容易發(fā)熱出現(xiàn)故障的地方;主變與母線長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)行,其套管與接觸點(diǎn)易老化發(fā)熱,而這些設(shè)備都是變電站的關(guān)鍵設(shè)備,都需要進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。
青香變電站在 220 kV 母聯(lián)支路正母與副母的隔離刀閘兩側(cè)、主變支路的正母隔離刀閘兩側(cè)、主變 220 kV 與 35 kV 套管側(cè)、220 kV 母線壓變避雷器接線處、主變 35 kV 的 III 段與 IV 段負(fù)載端等地方的 ABC 三相均安裝了無(wú)線溫度傳感器。同時(shí)在上述設(shè)備所在區(qū)域中安裝了溫度傳感器,對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。
4.2 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)
青香 220 kV 無(wú)人值守變電站中,2 號(hào)主變處于變電站室內(nèi),與其他室外設(shè)備相距較遠(yuǎn)且環(huán)境隔離明顯,因此根據(jù) 2 號(hào)主變的環(huán)境特點(diǎn),劃分出“2號(hào)主變室內(nèi)區(qū)域”監(jiān)測(cè)相關(guān)區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)設(shè)備。而室外設(shè)備,諸如避雷器、隔離開(kāi)關(guān)等需監(jiān)測(cè)設(shè)備在地理上分布集中,因此根據(jù)集中型功能性區(qū)域劃分的方式,劃分為“220 kV 母聯(lián)支路區(qū)域”與“2 號(hào)
主變室外區(qū)域”。
每個(gè)區(qū)域單獨(dú)設(shè)置個(gè)數(shù)據(jù)集中器,構(gòu)成星型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)收集該區(qū)域內(nèi)所有傳感器節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù),并通過(guò) RS485 總線將數(shù)據(jù)以報(bào)文的形式傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)接收到數(shù)據(jù)報(bào)文后,將溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。
在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)部署在青香 220 kV 無(wú)人值守變電站主控室的服務(wù)器上,變電站值班人員在集控的電腦上通過(guò) IE 瀏覽器直接登陸變電站機(jī)房部署的在線監(jiān)測(cè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的演示
圖7為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖中監(jiān)測(cè)部分截圖。其中虛線區(qū)域?yàn)榘惭b有溫度傳感器的設(shè)備區(qū)域,實(shí)線區(qū)域表示 2 號(hào)主變室內(nèi)環(huán)境;傳感器的安裝點(diǎn)在圖中使用灰色方塊表示,并在旁邊輔助有文字說(shuō)明,能夠讓值班人員準(zhǔn)確知道傳感器的測(cè)溫位置。
圖 7 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖
圖中顯示的數(shù)據(jù)均為對(duì)應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度值,大部分?jǐn)?shù)據(jù)均為正常水平,溫度數(shù)據(jù)均為綠色。其中“35 kV 套管側(cè)溫度”明顯高于其他設(shè)備的溫度與環(huán)境溫度,達(dá)到了 43.4 ℃左右,滿足了溫度預(yù)警的條件,因此溫度數(shù)據(jù)變成了紫色,區(qū)別正常工作時(shí)的顏色效果。如果溫度繼續(xù)升高,溫度數(shù)據(jù)將變成紅色,并進(jìn)行溫度告警。
2 號(hào)主變當(dāng)前處于工作狀態(tài),并向 35 kV 的 III段與 IV 段負(fù)載進(jìn)行供電,所有負(fù)載電流全部經(jīng)過(guò) 2號(hào)主變,因此在 2 號(hào)主變的低壓側(cè)出現(xiàn)了較大的負(fù)載電流,根據(jù) Q=I2R,因此低壓側(cè)的套管部分發(fā)熱量較大,使設(shè)備溫度相對(duì)較高,因此產(chǎn)生了上述的溫度預(yù)警。此溫度預(yù)警能夠有效提示變電站的值班人員來(lái)密切監(jiān)視該設(shè)備的運(yùn)行情況,避免事故的發(fā)生。
5 安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)介紹與選型
安科瑞無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的要求,在廣泛征求用戶和家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前內(nèi)外廠家的成功案例,并結(jié)合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn),采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想,結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的款專業(yè)的無(wú)線測(cè)溫軟件。
5.1 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信(如圖8),系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約,性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),硬件兼容性強(qiáng),軟件移植性好,應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力,快速的事件響應(yīng),友好的人機(jī)界面,方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理,接口簡(jiǎn)捷明了,主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
圖8 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5.2 Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)功能
■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好,能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選)
■運(yùn)行報(bào)表
查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.
■實(shí)時(shí)報(bào)警
壁掛式無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能,設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
■設(shè)備提供以下凡種告警fang式:
a.彈岀事件報(bào)驚窗口.
b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警.
C.短信吿警,可以向手機(jī)hao碼發(fā)送吿警信息短信(需選配短信mao).
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。
通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如數(shù)據(jù)庫(kù)修改等)。可以定義不同級(jí)別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
■定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB(可選)
展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息, 設(shè)備溫度、通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息,可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的測(cè)點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁(yè)面通過(guò)次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化,包括測(cè)量量、信號(hào)量等信息(信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持)。
能耗統(tǒng)計(jì)頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值,功率、電能趨勢(shì)曲線,電能環(huán)比,用電前。
運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機(jī)APP(可選)
設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。
5.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線測(cè)溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線測(cè)溫方案由無(wú)線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn),將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)傳至接收裝置,再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)(如圖9)。
圖9 電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫結(jié)構(gòu)圖
5.3.1 安科瑞無(wú)線溫度傳感器
無(wú)線溫度傳感器共有5種,分別對(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)不同的變電站要求,可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同,考慮安裝方便的因素,選擇相匹配的傳感器。
物料名稱 | 型號(hào) | 參數(shù)說(shuō)明 |
電池型無(wú)線測(cè)溫傳感器 |
ATE100 | 電池供電,壽命≥5年;-40℃~+125℃; 2.4GHz,空曠距離10米; 102.37*47.93*23mm,φ13.5mm(長(zhǎng)*寬*高,孔徑)。 |
ATE200 | 電池供電,壽命≥5年;-40℃~+125℃; 2.4GHz,空曠距離10米; 44.17*30*18.5mm,L=325.40mm(長(zhǎng)*寬*高,三色表帶)。 | |
ATE300B | 電池供電,壽命≥5年;-10℃~+125℃; 470MHz,空曠距離150米; 49.95*35.95*22mm(長(zhǎng)*寬*高)。 | |
CT取電型無(wú)線測(cè)溫傳感器 |
ATE300 | CT感應(yīng)取電,啟動(dòng)電流≥5A;-10℃~+125℃; 470MHz,空曠距離150米; 扎帶固定,合金片取電;73*33.5*16mm(長(zhǎng)*寬*高)。 |
ATE400 | CT感應(yīng)取電,啟動(dòng)電流≥5A;-50℃~125℃; 433MHz,空曠距離150米; 合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(長(zhǎng)*寬*高)。 |
5.3.2 安科瑞無(wú)線收發(fā)器
無(wú)線測(cè)溫收發(fā)器共有3種,通過(guò)無(wú)線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配,同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。
物料名稱 | 型號(hào) | 參數(shù)說(shuō)明 |
無(wú)線收發(fā)器 | ATC200 | 可接收12個(gè)ATE100/200 |
ATC400 | 可接收240個(gè)ATE300/ATE300B | |
ATC450-C | 可接收240個(gè)ATE400 |
5.3.3 安科瑞顯示終端
顯示裝置通過(guò)RS485連接收發(fā)器,可嵌入式安裝于柜體上,若柜體開(kāi)孔不便,也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí),也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。
物料名稱 | 型號(hào) | 參數(shù)說(shuō)明 |
顯示終端 | ARTM-Pn | 面框96*96*17mm,深度65mm;開(kāi)孔92*92mm; AC85-265V或DC100-300V供電; 路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 接收60個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 |
顯示終端 | ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;開(kāi)孔220*165mm; AC85-265V或DC100-300V供電; 路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 接收12個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 |
顯示終端 | ATP007 ATP010 | 面框226.5*163*6mm,深度70mm;開(kāi)孔215*152mm; DC24V供電;路上行RS485接口;路下行RS485接口; 接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。 |
無(wú)線測(cè)溫集中集中采集設(shè)備 | Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標(biāo)配路485接口、路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200 (單位mm) |
無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備 | Acrel-2000T/B | 硬件:內(nèi)存4G,硬盤(pán)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(kù)系統(tǒng):Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平臺(tái)/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200(單位mm) |
6 結(jié)語(yǔ)
變電站無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效的提高變電站的智能化水平,減少了人工參與所造成的誤判,并且使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性。本文提出了種變電站無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)使用ZigBee協(xié)議,有效降低了系統(tǒng)的構(gòu)建成本。該無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站測(cè)溫區(qū)域規(guī)模具有較好的適應(yīng)性,數(shù)據(jù)平臺(tái)可擴(kuò)展性與通用性強(qiáng)。該系統(tǒng)已在某無(wú)人值守變電站試運(yùn)行,效果良好。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 鞏憲鋒,衣紅鋼,王長(zhǎng)松,等.高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測(cè)研究[J].中電機(jī)工程學(xué)報(bào)2006,26(1):155-158.
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[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)