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淺談高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的架構設計與應用

更新時間:2020-07-11      瀏覽次數(shù):741

摘要:針對高壓帶電設備溫度檢測的現(xiàn)狀,提出采用無線測溫技術的高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng),從結構、組成及數(shù)據(jù)傳輸方式三方面對該系統(tǒng)的設計進行分析,并說明該系統(tǒng)的應用情況及效果。

關鍵詞:高壓帶電設備;無線測溫;無線中繼站;測溫終端

1 高壓帶電設備溫度檢測現(xiàn)狀

高壓帶電設備的可靠性至關重要,如果缺陷(如接觸性能不良)或故障而致使其溫度升高,不及時診 斷并排除,會導致其長時間高溫運行,嚴重破壞絕 緣,大大縮短設備的正常運行壽命,并且會逐漸演變惡化形成事故或損壞設備,影響整個電力系統(tǒng)的正常工作。掌握電力設備的發(fā)熱規(guī)律及其溫升狀況, 分析各種設備缺陷及故障狀態(tài),可有效診斷設備故障,因此,及時、準確的測出電力設備內(nèi)部各個關鍵點的溫度具有重大意義。

目前高壓帶電設備溫度測量的方法主要有示溫蠟片、紅外測溫、光纖測溫和無線測溫4種。

a.示溫蠟片。在高壓設備的易過熱點貼上熔點不同(不同顏色)的示溫蠟片,通過觀察示溫蠟片的熔化情況來大致確定溫度范圍,該方法準確度低、可靠性差,不能進行定量測量,且需要人工操作,效率不高。

b.紅外測溫。紅外測溫是用熱像儀或點溫儀對設備進行監(jiān)視,可以分為人工測量和自動測量,人工測量只能測量當時的情況,不能實現(xiàn)實時監(jiān)測和及時告警。自動測量可以實現(xiàn)在線監(jiān)測,但紅外 熱像儀自身結構復雜,價格昂貴、阻礙了其在電力系 統(tǒng)的大規(guī)模應用。

c.光纖測溫。光纖溫度在線測溫采用光纖傳遞信號,但其運行不穩(wěn)定,因為傳感器與測溫儀表之間采用光纖連接,檢修時光纜很容易被碰斷;安裝工作量大,需要改造原有設備;隔離高壓的光纖表面可能受到污染,將導致光纖沿面放電。

d.無線測溫。無線測溫即建立無線傳感器網(wǎng)絡,由安裝在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的傳感器節(jié)點組成,通 過無線通信方式形成的一個網(wǎng)絡系統(tǒng),采集網(wǎng)絡覆 蓋區(qū)域中感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者。目前, 無線信號的電磁兼容性和測溫節(jié)點的低功耗性能需進一步完善。

2 高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的設計

高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)(簡稱“無線測溫系統(tǒng)”)采用無線射頻模塊與數(shù)字溫度傳感器相結合的方法,將溫度傳感器安裝到變電站設備的帶電接頭觸點上,在線實時測量該點溫度后,以無線方式將數(shù)據(jù)上傳至電力自動化系統(tǒng)集中顯示,使值班人員在遠端監(jiān)視設備溫度,了解設備運行狀態(tài)。當被測點溫度超過預先設定的閾值時,系統(tǒng)發(fā)出超溫信號,提醒及時消除事故隱患。該系統(tǒng)可在常規(guī)變電站、箱式變電站、小型化變電站等處使用。

2.1 系統(tǒng)結構

組建無線測溫系統(tǒng)需要2個環(huán)節(jié),一是測溫節(jié)點的設計,另一個是網(wǎng)絡的構成。無線測溫系統(tǒng)采用先將采集數(shù)據(jù)匯聚于一點,再通過遠程(GPRSCDMA)無線網(wǎng)絡或串行通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控端,實現(xiàn)無線 傳輸?shù)募夹g方案。無線測溫系統(tǒng)結構見圖1。

1 無線測溫系統(tǒng)結構

2.2 系統(tǒng)組成

無線測溫系統(tǒng)包括3個設備部分及1套后臺軟件,分別為無線匯集終端、無線測溫終端、無線中繼站、測溫后臺軟件,實現(xiàn)對電力設備的在線溫度測量和預警。

2.2.1 無線測溫終端

無線測溫終端由高能電池供電,減少高低壓之間的電氣聯(lián)xi,采用全數(shù)字方式工作,溫度傳感器附著在發(fā)熱點(高壓母線或高壓開關)上,并由一段數(shù)據(jù)線和無線數(shù)據(jù)變換器相連接,該終端附著在高壓母線或高壓開關上并長期工作在高壓環(huán)境中。測溫終端具有高絕緣性和抗電磁場干擾性,實時監(jiān)測并可根據(jù)需要向控制中心傳輸溫度數(shù)據(jù)。相關技術指標為:大輸出功率≤10mW;遠傳輸距離≥200m(無阻擋);發(fā)射電流17mA;電源為可自供電、可更換的電池,電池壽命35年;測量溫度為-40125℃;測量精度±0.5℃;防水級別為IP68;符合(GBT2423.1)《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第1部分:試驗方法 試驗A:低溫》和GBT2423.2《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗 第2部分:試驗方法 試驗B:高溫》的要求,適于在氣候條件惡劣的地區(qū)及戶外使用。

2.2.2 無線匯集終端

無線匯集終端在某頻段上實現(xiàn)和多個無線測溫終端采集溫度數(shù)據(jù)的通信,并可以向無線測溫終端發(fā)送指令,在整個測溫系統(tǒng)中處于核心地位,由它來調(diào)節(jié)整個無線通信網(wǎng)絡。通過連接計算機上的設置軟件實現(xiàn)對無線測溫終端的設置,一般安裝在主控室。相關技術指標為:可多組(32組)管理無線測溫終端;與計算機接口采用RS485標準串口;利用電源適配器AC220供電;大輸出功率≤10mW;遠傳輸距離≥200m(無阻擋);符合GBT2423.1GBT2423.2的要求,適于在氣候條件惡劣的地區(qū)使用。

2.2.3 無線中繼站

無線中繼站采用無線防沖突組網(wǎng)技術,可多通道雙向傳輸數(shù)據(jù),分組管理無線測溫終端,實現(xiàn)數(shù)據(jù)中轉,在此基礎上可添加CDMA/GPRS模塊。是否使用無線中繼站由各測溫終端所處的物理位置決定,測溫終端與無線匯集終端處于有效的通信距離內(nèi),則無須增加無線中繼站。無線匯集終端安裝在控制中心,控制中心計算機軟件實時監(jiān)控每個點溫度的變化,掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況,進而做出正確的決策。相關技術參數(shù)如下:可多組(32組)管理無線測溫終端;利用電源適配器 AC220供電或電池供電;通過配套設施可以快捷、輕松建立不受地形隔間限制的網(wǎng)絡;大輸出功率≤10mW;遠傳輸距離≥300m(可視距離);發(fā)射電流17mA。

2.2.4 測溫后臺軟件

測溫后臺軟件具備高溫功能,當被測設備溫度達到設定溫度后,后臺軟件立即彈出被監(jiān)測廠站一次接線圖及文字條,并進行聲音告警。系 統(tǒng)自動檢測每個測溫點的變化過程,當出現(xiàn)某個測 點溫度持續(xù)升高時,系統(tǒng)自動進行聲音及文字提示。所有測點的溫度曲線都可以日曲線、月曲線、年曲線 的方式顯示,并且可以采用平均溫度、zui溫度、低 溫度等統(tǒng)計方式顯示,見圖2,溫度變化趨勢一目了 然;各種溫度數(shù)據(jù)(包括統(tǒng)計數(shù)據(jù))都可以生成報表。

 
 

2 測溫軟件溫度曲線顯示界面示意

2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式

無線測溫終端把溫度信號通過無線的方式直接或經(jīng)過無線中繼站傳送給無線匯集終端,無線匯集終端可以接收多個測溫終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)。如果在無人值守、實際測溫地點遠離控制中心的環(huán)境中,無線匯集終端可以把接收到的數(shù)據(jù)通過RS232傳送給GPRSCDMA,再由GPRSCDMA把數(shù)據(jù)傳送到控制中心的計算機,由計算機的后臺軟件進行處理。

3 無線測溫系統(tǒng)應用分析

河北某公司自20091月在臺城、蓮花2座無人值班變電站使用了無線測溫系統(tǒng),主要監(jiān)測主變壓器高低壓側觸頭、母聯(lián)斷路器觸點、進線斷路器觸點、出線斷路器及電纜接頭觸點等位置的溫度,無線測溫終端在高壓帶電設備上的安裝示意見圖3。


 3 無線測溫終端安裝示意

無線測溫系統(tǒng)通過該公司千兆網(wǎng)絡將實時溫度數(shù)據(jù)上傳到調(diào)度和監(jiān)控中心,由后臺系統(tǒng)進行處理、存儲歷史數(shù)據(jù),并根據(jù)越限情況發(fā)出警報。截止目前,該系統(tǒng)在線運行正常、狀況良好,可為狀態(tài)檢修 提供數(shù)據(jù)支持與依據(jù)。

常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較見表1。

1 常見測溫方法與無線測溫系統(tǒng)的性能與費用比較

通過應用和比較可知,無線測溫系統(tǒng)可以對主變壓器高低壓側隔離開關觸點、變壓器穿墻套管固定位置、小推車開關內(nèi)部觸點、電纜接頭觸點等部位 進行“*”監(jiān)測,由于通信中傳送的是數(shù)字信號, 所以它不會受到電磁干擾的影響,也不會對電氣設 備的正常運行帶來任何負面影響 ,可以在高電壓、強輻射和強電磁干擾等惡劣環(huán)境下運行。系統(tǒng)擴展 性好,采用短程無線網(wǎng)絡的方式,多個測溫終端分布 在無線匯集終端的周圍,測溫終端小巧輕便,可在狹 小空間內(nèi)應用,在有效的通信范圍內(nèi)可以添加、刪 除、移動測溫終端。

4 安科瑞ARTM系列電氣接點在線測溫產(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4結構圖。這樣,運行值班人員可以隨時查閱柜內(nèi)各個接點的實時溫度,隨時掌握各接點的運行情況,及時發(fā)現(xiàn)和排除故障,大大提高電網(wǎng)的運行可靠性和經(jīng)濟性。

圖4 結構圖

4.1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。

4.2安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3,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。

4.3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。

5 結束語

無線測溫系統(tǒng)與其他測溫方法相比,具有無需布線、測溫元件安裝方便、幾乎任何關鍵點都可以使 用、信息準確及時、系統(tǒng)良好等優(yōu)點。該系統(tǒng)可實現(xiàn)電力系統(tǒng)中關鍵部位溫度的在線監(jiān)測,輔助運行人員及時發(fā)現(xiàn)設備異常,可為狀態(tài)檢修提供依據(jù), 改變了電力系統(tǒng)的檢修模式,使運行人員及時掌握設備運行情況,可在一定程度上提高供電系統(tǒng)的可靠性。

【參考文獻】

[1] 劉強.電網(wǎng)設備溫度無線監(jiān)測[D].蘇州:蘇州大學碩士學位論文.2005

[2] 呂鑫,吳瑞春,申潔.高壓帶電設備無線測溫系統(tǒng)的設計與應用.[J]

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊  2019.11

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