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浅谈无线测温技术在变电站电力电缆中的应用

2021-01-19 [187]

安科瑞 鲍静君

  摘要:介绍一种无线测温技术在变电站电力电缆的应用。

  关键词:无线测温;电力电缆;传感器

  0引言

  信息化电网建设是我国在能源领域的重要战略部署,是电力行业的发展方向。变电站电缆及接头作为系统运行的重要日常监测对象,其运行温度是设备运行状态的重要外在表征(根据运行温度、相对温升等信息可以准确判断设备工作状态),也可为实现状态检修提供重要数据基础。

  日前在线测温技术实现方式有3种:分布式光纤测温,沿电缆布设测温光缆,通过光散射信号强度实现电缆全区域的温度检测;点式总线式测温,沿电缆部位布设温度传感器,通过数据总线将温度传送到后台监控计算机实现电缆温度监控;点式电池供电的无线测温,在电缆部位放置传感器,通过ZigBee技术实现无线的数据传输。

  1主要缺点是测温光缆在遭到人为搬运或动物啃咬时光纤易损坏,且投资成本较大;2主要缺点是布线较多,施工麻烦;3主要特点是无线传输,安装简单,成本适中,这里采用此种方式。

  1系统原理

  无线测温系统原理如图1所示。无线温度传感器定时测量一次监测点的运行温度,环境温度传感器也会自动测量环境温度,这些温度数据通过2.4GHz无线信道传输到基站,数据传输基站会保存、记录这些数据。

图1无线测温系统原理

  主机会定时通过RS-485总线(或CAN)轮询各基站,各基站将收到的温度数据传输到主机,主机将总线温度数据进行处理并保存。

  主机通过比较设备与环境的相对温升、室内与室外大气的相对温升,分析可能的过热情况,提前发出预警信号,提醒管理人员进行处理。主机与集控站可以通过以太网方式进行通信,或采用自定义温度模型按IEC 61850或104标准与集控站通信,也可以通过继电器给公用测控屏提供多个报警信号。

  2系统组成

  2.1数据信息分析处理装置(CX-XYDT-SCT)

  数据信息分析处理单元包括一台基于WindowsOS的控制主机,控制主机是一个具有完善软件功能的管理平台,它集成了各种通信协议、图形化人机交互界面和完备稳定的数据库。

  数据处理单元具有多个RS-232或RS-485标准接口(可选择定制),对下可进行传感器等二次设备监测数据的收集汇总;该设备还具有2个以太网口,可通过标准的IEC61850协议完成数据的上传功能。

  该装置可以完成一个变电站全部电缆、母排接头、重要设备的温度管理,也可以嵌入其他管理与控制功能,实现在单一平台上运行多个管理任务,实现多信息集成,降低用户的成本。

  该装置配有标准通信接口,可联网运行,通过上位机,可记录高压设备运行温度的数据,为高压设备的维修提供依据,实现设备故障的预知点检。

  2.2无线数据接收处理器(CX-WXJZ-1 2.4GHz)

  无线数据接收处理器用于收集各类传感器的无线信号,并通过RS-485总线将数据传送给数据信息分析处理装置。它是由MCU、RS-485接口、CAN接口、2.4GHz数字RF收发器、宽输入DC/DC直流稳压电源、IP68ABS外壳和高增益定向天线等组成。无线数据接收处理器线缆部分由4根线构成,其中红、黑线连接电源正极和负极,黄、蓝线连接数据线的A线和B线。增益天线无线信号沿天线方向成45°锥体形,可向外扩展300m;全向天线无线信号成圆体形,以50m为半径向外扩展。

  2.3无线温度传感器单元(CX-DMC100-SC121)

  该单元使用2.4GHz数字无线技术平台,采用微型化封装技术,将无线温度传感器直接安装在电缆、开关触点、铜排连接点,实现温度、温升和相间温差的实时在线监测,实现智能变电站设备运行温度的自动管理,为智能变电站的安全运行提供数据支持。设备采用无线电波进行信号传输,正常情况下每30s发送一次监测点温度数据,当温度超过预设值时则每4s发送一次监测点温度数据。控制主板显示画面会即时告警。

  3数据信息分析处理装置综合管理软件

  3.1页面管理

  页面管理窗口是用户切换主功能页面的重要途径之一,如图2所示。

图 2 页面管理窗口

  3.2 温度节点窗口

  温度节点窗口是提供给用户用于选择温度传感器节点的辅助窗口,如图 3 所示。

图 3 温度节点窗口

  3.3 无线基站与传感器列表

  无线基站(传感器)配置列表列举出了当前配置的全部无线基站(传感器)信息,如图 4 所示,在这个页面上,可直接对各无线基站(传感器)进行编辑。 这在集中对大规模无线基站设备的修改时,十分方便。基于同样的原因,还提供了传感器的配置列表。

图 4 无线基站配置列表

  3.4温度运行状态

  在温度运行状态监视页面(见图5),可以对当前配置的所有传感器(对应实际的温度点)的温度与运行状态进行监视与显示。显示的信息包括在线离线状态、超温警告、温升、实时温度、温度变化率和电池电压等。双击某个传感器信息,还可以得到它的详细信息界面。

图 5 温度运行状态监视页面

  3.5历史巡检报告

  所有巡检报告,都在数据库中进行归档,并提供界面以对这些报告进行检索查看,如图6所示。时间范围后,点击“查询”按钮,就会在下面的窗口中列出所有符合时间条件的巡检报告。

图 6 历史巡检报告画面

  3.6 实时数据查看界面

  实时数据查看界面如图 7 所示。

  图 7 实时数据查看界面

  3.7温度历史数据界面

  温度历史数据界面如图8所示。

图8 温度历史数据界面

  3.8运行状态监视

  在全屏模式下,默认显示的就是对全站温度的状态监视画面,如图9所示。监视信息主要以列表的方式呈现,同时以温度柱图为辅助。在温度列表中显示了所有配置传感器的各种运行状态与数据,点击任意一列的表头,可以对该列进行排序,再次点击,列表将反向排序。

图 9 运行状态监视画面

  4 安科瑞无线测温系统介绍与选型

  安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求,在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例,并结合安科瑞多年来的丰富经验,采用面向对象的分层分布式设计思想,结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款无线测温软件。

  4.1 Acrel-2000T无线测温系统结构

  Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信(如图10),系统设计遵循标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约,安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。

  Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况,实现快速报警响应,预防严重故障发生。

  Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构,硬件兼容性强,软件移植性好,应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力,快速的事件响应,友好的人机界面,方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理,接口简捷明了,主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。

图10 Acrel-2000T无线测温系统结构图

  4.2 Acrel-2000T无线测温系统功能

  ■实时监测

  Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好,能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息

  ■温度查询

  温度历史曲线(1分钟、5分钟、60分钟可选)

  ■运行报表

  查询各回路设备运行溫度报表.

  ■实时报警

  壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能,设备能够对温度越限等事件发出告警。

  ■设备提供以下凡种告警方式:

  a.弹岀事件报驚窗口.

  b.实时语音报警功能,能够对所有事件发出语音告警.

  C.短信吿警,可以发送吿警信息短信.

  ■历史告警査询

  Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理,方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯,查询统计、事故分析。

  ■用户权限管理

  Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行,设置了用户权限管理功能。

  通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如数据库修改等)。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限,为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

  ■定值设置

  用于修改高温定值、超温定值。

  ■WEB(可选)

  展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息, 设备温度、通信状态,用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息,可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。

  实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。

  接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化,包括测量量、信号量等信息(信号量 需要断路器提供辅助触点支持)。

  能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值,功率、电能趋势曲线,电能环比,用电排名。

  运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。

  设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。

  4.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型

  安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点,将测温数据通过无线射频技术传至接收装置,再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统(如图11)。

图11 电气接点在线测温结构图

  4.3.1 安科瑞无线温度传感器

  无线温度传感器共有5种,分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求,可根据传感器供电方式以及安装位置的不同,考虑安装方便的因素,选择相匹配的传感器。

4.3.2 安科瑞无线收发器

  无线测温收发器共有3种,通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配,同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

4.3.3 安科瑞显示终端

  显示装置通过RS485连接收发器,可嵌入式安装于柜体上,若柜体开孔不便,也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时,也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

5 结语

  电力电缆无线测温装置投运至今,各项性能指标稳定可靠,经检测,测量精度±1℃,无线通信距离>300m,温度测量范围-10~250℃,解决了变电站电力电缆及接头运行温度实时监测的难题,为变电站智能化、信息化创造了条件。