徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要: 針對開關(guān)柜等發(fā)熱設(shè)備的監(jiān)測 ,傳統(tǒng)的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性和穩(wěn)定性方面不能滿足現(xiàn)場實(shí)際使用需求 ,造成了設(shè)備監(jiān)測缺乏相應(yīng)的技術(shù)手段以及實(shí)施成本較高等問題。本文針對無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了研究和開發(fā) ,提出了一種基于聲表面波技術(shù)的測溫技術(shù) ,在變電站進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 設(shè)備檢測 ;無線測溫 ;變電站
0 引言
電力系統(tǒng)設(shè)備在長期的運(yùn)行中 ,往往容易產(chǎn)生老化或過熱現(xiàn)象 ,這些現(xiàn)象如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決 ,可能會造成嚴(yán)重的事故。而對于變電站設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)控 , 往往由于地理位置偏遠(yuǎn) ,管理人員不能面面俱到 ,巡檢和維護(hù)的難度較大。因此 ,通過自動化來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)就變得十分必要 ,也成了管理人員的重要手段。
傳統(tǒng)的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性穩(wěn)定性以及實(shí)施成本上存在各種各樣的問題。無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)提出了一種基于聲表面波(SAW) 的全新的測溫技術(shù)。
1 系統(tǒng)建設(shè)的意義
通過無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用,將實(shí)現(xiàn)以下應(yīng)用功能。
a.實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測。無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)為有效消除電網(wǎng)因開關(guān)柜因過熱帶來的安全運(yùn)行隱患提供了有效的技術(shù)手段 ,解除由此造成經(jīng)濟(jì)危害和社會損失的可能。
b.輔助實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修。傳統(tǒng)的檢修模式 , 對于設(shè)備故障的維護(hù) ,往往是通過定期的巡檢來發(fā)現(xiàn)和解決 ,特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的維護(hù)時(shí)間和周期較長 ,往往不能及時(shí)解決。通過建立在線監(jiān)測系統(tǒng) ,可以對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警 ,更新了變電站的設(shè)備的維護(hù)模式 ,將更加有效的保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。
c.為科學(xué)調(diào)度提供參考依據(jù)。建立溫度與負(fù)荷的關(guān)聯(lián)分析模型 ,根據(jù)負(fù)荷情況預(yù)測溫度變化趨勢 ,為負(fù)荷控制提供決策依據(jù)。電力設(shè)備的狀況可能會對整個(gè)電網(wǎng)的情況造成較大影響 ,并且能反映出電網(wǎng)的運(yùn)行情況和負(fù)荷等。因此 ,對電力設(shè)備狀況的研究和監(jiān)控 ,將有助于電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行和輔助決策。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1系統(tǒng)組成
在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)組成。溫度采集器的作用是進(jìn)行變電站設(shè)備刀閘、開關(guān)等接觸點(diǎn)的溫度采集 ,溫度采集器根據(jù)需要布置在多個(gè)點(diǎn)位上。溫度傳感器將多個(gè)開關(guān)柜的多個(gè)點(diǎn)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總 ,并將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綔y溫主控終端 ,在測溫主控終端上再通過監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警等應(yīng)用。
2.2溫度傳感器
溫度傳感器是通過聲表面波原理 ,在設(shè)備表面接受到信號后 ,利用材料的物理特性將信號轉(zhuǎn)換成電信號。通過安裝在設(shè)備表面的溫度采集器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集和溫度傳感器的反射波的接收 ,可以獲得連續(xù)的、穩(wěn)定的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù) ,為下一步的數(shù)據(jù)分析提供原始數(shù)據(jù)。
2.3溫度采集器
溫度采集器和溫度傳感器是對應(yīng)的 ,溫度采集器負(fù)責(zé)發(fā)射射頻信號 ,溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號 ,并上傳到主控終端。
溫度采集器的發(fā)射頻率為428 ~ 439MHz,發(fā)射信號為單頻信號,不同的頻率代表不同的信號。信號接收后,通過信號的放大、濾波等處理后 ,轉(zhuǎn)換成可以識別的電信號 ,從而獲得溫度參數(shù)。
2.4測溫主控終端
測溫主控終端是無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心設(shè)備 ,主控終端是對采集到的數(shù)據(jù)的后期處理 ,包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、溫度告警、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、參數(shù)設(shè)置及協(xié)議轉(zhuǎn)換。下行通過CAN總線或無線方式與溫度采集器連接,獲得所連接傳感器的溫度信息。根據(jù)設(shè)定的參數(shù) ,分析溫度信息以確定是否產(chǎn)生告警信息;上行與主站系統(tǒng)的通訊采用RS485接口,并按照一定的規(guī)約,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
2.5監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)
監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用包括系統(tǒng)的設(shè)備參數(shù)設(shè)定、溫度信息的獲取和數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用和系統(tǒng)預(yù)警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統(tǒng)自動化系統(tǒng)中 ,作為一個(gè)模塊作為應(yīng)用 ,也可以作為一套獨(dú)立的系統(tǒng) ,用于溫度的監(jiān)測和預(yù)警。這些功能都將對多臺電力設(shè)備的狀況監(jiān)測一體化 ,有助于設(shè)備管理人員了解分析狀況 ,保證設(shè)備的正常運(yùn)作。
2.6系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
a.溫度顯示。對于設(shè)備各點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)顯示 ,溫度的發(fā)展趨勢和曲線 ,查看分析歷史記錄 ,該顯示可以通過電力系統(tǒng) SCADA 系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) ,也可以通過主控終端外接的顯示屏幕顯示。
b.報(bào)警功能。報(bào)警功能是通過測溫主控終端的設(shè)定 ,按照現(xiàn)場管理需求 ,對溫度界限、值等進(jìn)行管理 ,在溫度超過設(shè)定值 ,進(jìn)行預(yù)警 ,預(yù)警的方式包括主控終端蜂鳴預(yù)警、指示燈閃爍預(yù)警和短信息預(yù)警等。
c.設(shè)備參數(shù)設(shè)定。設(shè)備參數(shù)的設(shè)定包括對傳感器溫度校準(zhǔn)、預(yù)警溫度設(shè)定、發(fā)射和接受信號的頻率設(shè)定以及系統(tǒng)時(shí)間等功能。
綜合分析。綜合分析功能是對設(shè)備的溫度進(jìn)行故障分析、歷史趨勢分析以及數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)應(yīng)用等高級應(yīng)用功能,專家系統(tǒng)將為管理者提供設(shè)備故障分析結(jié)果, 供參考和輔助決策。
遠(yuǎn)程維護(hù)。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)功能是對系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上 ,實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù) , 可以對設(shè)備的初始化、重啟以及系統(tǒng)升級等。
2.7 通信方式
溫度采集器:通過無線方式采集開關(guān)柜內(nèi)一組傳感器的溫度數(shù)據(jù),其安裝位置沒有特別的要求,以方便取電、走線為原則,如開關(guān)柜的儀表室。
測溫主控終端:安裝在變電站主控室或其他方便與采集器進(jìn)行通信的場所 ,提供所有站內(nèi)溫度采集裝置與本地主站系統(tǒng)或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)一的通信接口及協(xié)議轉(zhuǎn)換。
站內(nèi)各溫度采集器、測溫主控終端均配置無線通信模塊 ,它們通過無線通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,變電站內(nèi)無需布線。
3 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹
安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求,在廣泛征求用戶和專家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(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(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)的一款專業(yè)的無線測溫軟件。
3.1 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(jìn)行通信(如圖1),系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(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(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無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(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)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
圖1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實(shí)時(shí)監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信
■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
壁掛式無線測溫監(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)備提供以下凡種告式:
a.彈岀事件報(bào)驚窗口.
b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警,可以向發(fā)送吿警信息短信(需選配).
■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(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(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無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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)。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
■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(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。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)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(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)測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)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(diǎn)支持)。
能耗統(tǒng)計(jì)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,用電排名。
運(yùn)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(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。
3.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點(diǎn)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(diǎn),將測溫?cái)?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2)。
圖2 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖
3.3.1 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(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 | 參數(shù)說明 |
電池型無線測溫傳感器 |
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*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*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*寬*高)。 | |
CT取電型無線測溫傳感器 |
ATE300 | CT感應(yīng)取電,啟動電流≥5A;-10℃~+125℃; 470MHz,空曠距離150米; 扎帶固定,合金片取電;73*33.5*16mm(長*寬*高)。 |
ATE400 | CT感應(yīng)取電,啟動電流≥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*寬*高)。 |
3.3.2 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(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 | 參數(shù)說明 |
無線收發(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 |
3.3.3 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(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí),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。
物料名稱 | 型號 | 參數(shù)說明 |
顯示終端 | 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; 接收多達(dá)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;開孔220*165mm; AC85-265V或DC100-300V供電; 一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議; 接收多達(dá)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;開孔215*152mm; DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口; 接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。 |
無線測溫集中集中采集設(shè)備 | Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標(biāo)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) |
無線測溫監(jiān)控設(shè)備 | Acrel-2000T/B | 硬件:內(nèi)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):Microsoft SQL Server 2008 R2 可選Web平臺/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200(單位mm) |
4 結(jié)論
無線溫度傳感裝置及配套管理系統(tǒng) ,溫度測量傳感器無需供電 ,從而減少了日常檢測維護(hù)成本。該配套管理系統(tǒng)提供溫度異常告警、實(shí)時(shí)設(shè)備溫度采集、日常溫度監(jiān)測、設(shè)備狀態(tài)評估等功能 ,避免重大因溫度導(dǎo)致的故障的發(fā)生。系統(tǒng)的研究和實(shí)施產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益 ,具有一定的推廣前景。
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