圖 1 無源無線式在線測溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
溫度采集收發(fā)器通過天線發(fā)射傳感射頻信號,無源無線溫度傳感器被動返回溫度對應頻率信號;溫度采集收發(fā)器接收到反饋信號后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)打包,轉(zhuǎn)送至變電站無源無線測溫管理裝置,利用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,完成站內(nèi)開關(guān)柜溫度監(jiān)測設(shè)備通信規(guī)約轉(zhuǎn)換,通過變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至無源無線式在線測溫系統(tǒng)主站,供專業(yè)班組對設(shè)備運行溫度進行監(jiān)測和分析,以保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。
變電站端無源無線測溫管理裝置對本站設(shè)備運行溫度數(shù)據(jù)進行管理,具備查詢實時運行數(shù)據(jù)、歷史運行數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、報表生成、短信告警等功能。
無源無線式在線測溫系統(tǒng)主站對接入各變電站的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)進行管理,由專業(yè)班組進行建設(shè)和維護,相關(guān)人員可通過Web瀏覽方式查詢實時運行數(shù)據(jù)、歷史運行數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、報表信息等,并通過Web頁面完成對系統(tǒng)的臺賬管理、通道管理、用戶管理等系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)具有很好的開放性、可擴展性、可移植性、易維護性、可靠性和性。
2.2 功能設(shè)計
無源無線式在線測溫系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)集中監(jiān)測各變電站10 kV開關(guān)柜等運行設(shè)備的實時和歷史發(fā)熱信息,并實現(xiàn)致的通信規(guī)約。系統(tǒng)功能主要有:
a)實時監(jiān)控。通過圖形、數(shù)字和曲線方式,監(jiān)控廠站實時告警概況、設(shè)備實時告警、設(shè)備實時溫度數(shù)據(jù),提供對告警的確認和處理等功能。
b)數(shù)據(jù)查詢。通過多種圖表、曲線等形式查詢和分析當前及歷史數(shù)據(jù)。
c)趨勢曲線。提供在線瀏覽趨勢曲線,可按時間段查詢。
d)日志服務。對用戶維護的系統(tǒng)應用設(shè)備,用戶登錄的操作進行日志登記,并提供對日志的分類和分時段查詢。
e)分析診斷??梢赃M行任意測溫點分組,同時刻多點數(shù)據(jù)對比查詢、閾值分析,智能診斷功能。
f)報表管理。能夠輸出報表,可根據(jù)客戶輸入需求自動形成報表,并具有對比和導出功能。
g)用戶管理。對用戶操作權(quán)限分級管理,提供信息的同時,保護核心數(shù)據(jù),降低維護成本。
h)系統(tǒng)設(shè)置。方便添加、刪除相關(guān)廠站,并對應用廠站使用的通訊接口,廠站信息類型、數(shù)據(jù)采集周期等其他系統(tǒng)參數(shù)進行配置。
i)參數(shù)管理。對系統(tǒng)應用的基礎(chǔ)信息進行維護管理,提供整定預告警閾值、設(shè)置下屬設(shè)備類型及數(shù)量等參數(shù)管理功能。
3 無源無線式在線測溫系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
3.1 無源無線式溫度傳感器
所研發(fā)的無源無線式溫度傳感器采用了聲表面波溫度傳感技術(shù),該技術(shù)采用聲表面波諧振腔結(jié)構(gòu),當壓電晶體基片上的換能器將輸入的無線電磁波信號轉(zhuǎn)變成聲信號后,被左右兩個周期性柵條反射形成諧振,諧振頻率隨溫度的改變而改變,且在定溫度范圍內(nèi)呈線性的關(guān)系,當換能器將聲信號轉(zhuǎn)變成無線應答信號輸出后,就可以通過測量頻率變化得到溫度值。采用聲表面波溫度傳感技術(shù)的傳感器線性度較好,測溫范圍(-20~150℃),精度誤差(±3℃),滿足10 kV開關(guān)柜內(nèi)隔離開關(guān)觸頭、斷路器觸頭、導電排連接等部位的溫度監(jiān)測需求。
3.2 建立次設(shè)備運行溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)平臺
無源無線式在線測溫系統(tǒng)平臺采用客戶端–服務器端(Client/Server)結(jié)構(gòu)以及瀏覽器端–服務器端(Browser/Server)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的多層次架構(gòu),系統(tǒng)具有較好的易維護性、較高的性和可擴展性。在該平臺上,不僅很大程度上擴展系統(tǒng)監(jiān)測點容量,而且通過豐富的圖表、曲線等形式,對10 kV開關(guān)柜運行發(fā)熱狀態(tài)信息進行實時監(jiān)測。系統(tǒng)平臺自帶多種分析輔助工具,即能夠?qū)ν瑴y溫點歷史溫度數(shù)據(jù)追溯,有效分析設(shè)備運行發(fā)熱趨勢,也能夠?qū)Χ鄠€相關(guān)測溫點數(shù)據(jù)比較,以便迅速找出運行發(fā)熱異常的設(shè)備。
3.3 的Web瀏覽發(fā)布功能及短信告警功能
無源無線式在線測溫系統(tǒng)采用PowerDynamo+HTMLDataWindow的B/S三層結(jié)構(gòu)解決方案,以實現(xiàn)授權(quán)用戶通過Web瀏覽器進行動態(tài)瀏覽、查詢和打印存儲在服務器平臺數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。客戶端無需安裝任何軟件,降低用戶客戶端的配置成本,便于使用和維護。無源無線式在線測溫系統(tǒng)通過變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng),實現(xiàn)了無源無線式在線溫度數(shù)據(jù)的集中采集、統(tǒng)上傳,提供了有效的機制,并且可通過短信服務(short messaging service,SMS)將無源無線式在線測溫系統(tǒng)內(nèi)的實時告警信息及時轉(zhuǎn)發(fā)至專業(yè)班組的值班手機上,使之及時獲知設(shè)備發(fā)熱告警的信息,以便及時采取控制措施,進而隱患。
4系統(tǒng)創(chuàng)新點
4.1 應用聲表面波傳感器實現(xiàn)了無源溫度準確測量和遠距離無線采集
無源無線式在線測溫系統(tǒng)化了電磁兼容設(shè)計以抑制干擾,研發(fā)了射頻模塊使無線信號傳輸距離不少于2 m。當經(jīng)天線發(fā)射出的激勵信號被傳感器的諧振器接收后,經(jīng)逆壓電效應轉(zhuǎn)換為同頻聲信號,該信號受聲表面波器件熱敏感特性影響,傳遞過程中信號特征被改變,反射回的電磁波信號反映了溫度變化信息,通過信號對比處理,使系統(tǒng)實現(xiàn)在高壓環(huán)境內(nèi)對關(guān)鍵部位進行溫度準確測量和遠距離無線采集。
4.2 解決了10 kV開關(guān)柜同區(qū)域內(nèi)多傳感器同時應用的編碼難題
10 kV開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵測溫點主要包括斷路器觸頭、隔離開關(guān)觸頭及其它導電排連接部位,傳感器編碼數(shù)量般在12個左右,而內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品均在6個以內(nèi),面臨開關(guān)柜區(qū)域內(nèi)多傳感器同時應用識別難題,無法滿足區(qū)域內(nèi)多測溫點監(jiān)測數(shù)量要求。
無源無線式在線測溫系統(tǒng)以聲表面波諧振型測溫技術(shù)為主,同時融合延遲線技術(shù),選用低損耗的LiNbO3晶體,制成單端口諧振型聲表面波溫度傳感器,通過對聲表面波(surface acoustic wave,SAW)器件上反射柵不同的位置排列獲得不同的返回脈沖時序組合,以此識別多個溫度傳感器。另參考內(nèi)外對SAW傳感系統(tǒng)的研究成果,采用新型24位A/D轉(zhuǎn)換器件,高速數(shù)字信號處理器制成無源無線溫度采集收發(fā)器,通過正交相位檢測法對反饋信號進行測量,提高了對多個傳感器的溫度信息識別能力,*實現(xiàn)了10 kV開關(guān)柜區(qū)域內(nèi)12個不同編碼傳感器的同時可靠應用,滿足了10 kV開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備溫度測量布點數(shù)量需求。
4.3 降低了開關(guān)柜內(nèi)結(jié)構(gòu)對無線信號屏蔽影響
考慮到10 kV開關(guān)柜種類繁多,內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異性大,般分為多個腔室,對信號的傳輸有定屏蔽影響,因此設(shè)計溫度采集收發(fā)器共有4條天線路徑,12個無源無線溫度傳感器可任意選擇其中條路徑通道工作。溫度采集收發(fā)器通過柜體內(nèi)布線方式將天線分布到每個腔體,達到信號激勵、采集較好狀態(tài)。設(shè)備能管理4×N(N=3、6、9、12)個傳感器,充分滿足10 kV開關(guān)柜測溫應用。
5應用案例
無源無線式在線測溫系統(tǒng)已經(jīng)成功應用于中山110 kV泰豐變電站、文安變電站、裕豐變電站,對變電站內(nèi)大電流柜和電容柜的隔離開關(guān)觸頭等部位加裝了無源無線式測溫裝置,實現(xiàn)了對上述10 kV開關(guān)柜隔離開關(guān)觸頭接觸部位發(fā)熱情況的實時在線監(jiān)測、診斷、預警功能。該系統(tǒng)自2012年12月投運年多以來,運行情況穩(wěn)定,各項功能應用正常,測溫數(shù)據(jù)與預防性試驗結(jié)果吻合,解決了10 kV開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵部位發(fā)熱信息獲取的復雜性和性的難題,對提高電網(wǎng)10 kV用戶供電可靠性發(fā)揮了重要作用。
6 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型
安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求,在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當前內(nèi)外廠家的成功案例,并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗,采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想,結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的款專業(yè)的無線測溫軟件。
6.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
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(shè)備直接進行通信(如圖2),系統(tǒng)設(shè)計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約,性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(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??梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應,預防嚴重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),硬件兼容性強,軟件移植性好,應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力,快速的事件響應,友好的人機界面,方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理,接口簡捷明了,主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
圖2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
6.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好,能夠以配電次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(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)
■運行報表
查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能,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.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警,可以向手jihao碼發(fā)送吿警信息短信(需選配短xin貓).
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如數(shù)據(jù)庫修改等)??梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、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)
展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(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。頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息,可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過次圖實時反映電氣參數(shù)變化,包括測量量、信號量等信息(信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持)。
能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值,功率、電能趨勢曲線,電能環(huán)比,用電前。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機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。
6.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點,將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置,再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)(如圖3)。
圖3 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖
6.3.1 安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種,分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求,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。
6.3.2 安科瑞無線收發(fā)器
無線測溫收發(fā)器共有3種,通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配,同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。
6.3.3 安科瑞顯示終端
顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器,可嵌入式安裝于柜體上,若柜體開孔不便,也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時,也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。
7 結(jié)束語
無源無線式在線測溫系統(tǒng)有效地解決了開關(guān)柜采用試溫蠟監(jiān)視、手持紅外測溫、有源傳感器無線測溫等方式的缺陷,提升了變電運行部門設(shè)備發(fā)熱運維管理水平,可有效杜絕設(shè)備接觸部位因發(fā)熱而引發(fā)的設(shè)備事故,同時還將運行人員從繁重、低效的開關(guān)柜測溫xun視工作中解放出來,大大地提高了工作效率。該技術(shù)除了可以應用在開關(guān)柜測溫外,還可以推廣到變電站主變、電容、電抗、斷路器、隔離開關(guān)等其它次設(shè)備測溫,應用范圍廣泛,具有實用推廣價值,對變電站測溫技術(shù)的發(fā)展有著積極推動作用。
【參考文獻】
[1] 家電網(wǎng)生技[2005]400號,家電網(wǎng)公司跨區(qū)電網(wǎng)建設(shè)落實十八項反措施實施辦法[S].
[2] 李新海,溫云龍,王方平.變電站交直流在線監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應用[J].廣東電力,2011,24(10):61–65.
[3] 李新海,曾新雄,劉建輝,林蔚,劉成.無源無線式在線測溫技術(shù)的應用.
[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介:劉細鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用