淺談無線測溫技術(shù)在變電站電力電纜中的應用
安科瑞 鮑靜君
摘要:介紹一種無線測溫技術(shù)在變電站電力電纜的應用。
關(guān)鍵詞:無線測溫;電力電纜;傳感器
0引言
信息化電網(wǎng)建設是我國在能源領域的重要戰(zhàn)略部署,是電力行業(yè)的發(fā)展方向。變電站電纜及接頭作為系統(tǒng)運行的重要日常監(jiān)測對象,其運行溫度是設備運行狀態(tài)的重要外在表征(根據(jù)運行溫度、相對溫升等信息可以準確判斷設備工作狀態(tài)),也可為實現(xiàn)狀態(tài)檢修提供重要數(shù)據(jù)基礎。
日前在線測溫技術(shù)實現(xiàn)方式有3種:分布式光纖測溫,沿電纜布設測溫光纜,通過光散射信號強度實現(xiàn)電纜全區(qū)域的溫度檢測;點式總線式測溫,沿電纜部位布設溫度傳感器,通過數(shù)據(jù)總線將溫度傳送到后臺監(jiān)控計算機實現(xiàn)電纜溫度監(jiān)控;點式電池供電的無線測溫,在電纜部位放置傳感器,通過ZigBee技術(shù)實現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)傳輸。
1主要缺點是測溫光纜在遭到人為搬運或動物啃咬時光纖易損壞,且投資成本較大;2主要缺點是布線較多,施工麻煩;3主要特點是無線傳輸,安裝簡單,成本適中,這里采用此種方式。
1系統(tǒng)原理
無線測溫系統(tǒng)原理如圖1所示。無線溫度傳感器定時測量一次監(jiān)測點的運行溫度,環(huán)境溫度傳感器也會自動測量環(huán)境溫度,這些溫度數(shù)據(jù)通過2.4GHz無線信道傳輸?shù)交?,?shù)據(jù)傳輸基站會保存、記錄這些數(shù)據(jù)。
圖1無線測溫系統(tǒng)原理
主機會定時通過RS-485總線(或CAN)輪詢各基站,各基站將收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C,主機將總線溫度數(shù)據(jù)進行處理并保存。
主機通過比較設備與環(huán)境的相對溫升、室內(nèi)與室外大氣的相對溫升,分析可能的過熱情況,提前發(fā)出預警信號,提醒管理人員進行處理。主機與集控站可以通過以太網(wǎng)方式進行通信,或采用自定義溫度模型按IEC 61850或104標準與集控站通信,也可以通過繼電器給公用測控屏提供多個報警信號。
2系統(tǒng)組成
2.1數(shù)據(jù)信息分析處理裝置(CX-XYDT-SCT)
數(shù)據(jù)信息分析處理單元包括一臺基于WindowsOS的控制主機,控制主機是一個具有完善軟件功能的管理平臺,它集成了各種通信協(xié)議、圖形化人機交互界面和完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫。
數(shù)據(jù)處理單元具有多個RS-232或RS-485標準接口(可選擇定制),對下可進行傳感器等二次設備監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集匯總;該設備還具有2個以太網(wǎng)口,可通過標準的IEC61850協(xié)議完成數(shù)據(jù)的上傳功能。
該裝置可以完成一個變電站全部電纜、母排接頭、重要設備的溫度管理,也可以嵌入其他管理與控制功能,實現(xiàn)在單一平臺上運行多個管理任務,實現(xiàn)多信息集成,降低用戶的成本。
該裝置配有標準通信接口,可聯(lián)網(wǎng)運行,通過上位機,可記錄高壓設備運行溫度的數(shù)據(jù),為高壓設備的維修提供依據(jù),實現(xiàn)設備故障的預知點檢。
2.2無線數(shù)據(jù)接收處理器(CX-WXJZ-1 2.4GHz)
無線數(shù)據(jù)接收處理器用于收集各類傳感器的無線信號,并通過RS-485總線將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)信息分析處理裝置。它是由MCU、RS-485接口、CAN接口、2.4GHz數(shù)字RF收發(fā)器、寬輸入DC/DC直流穩(wěn)壓電源、IP68ABS外殼和高增益定向天線等組成。無線數(shù)據(jù)接收處理器線纜部分由4根線構(gòu)成,其中紅、黑線連接電源正極和負極,黃、藍線連接數(shù)據(jù)線的A線和B線。增益天線無線信號沿天線方向成45°錐體形,可向外擴展300m;全向天線無線信號成圓體形,以50m為半徑向外擴展。
2.3無線溫度傳感器單元(CX-DMC100-SC121)
該單元使用2.4GHz數(shù)字無線技術(shù)平臺,采用微型化封裝技術(shù),將無線溫度傳感器直接安裝在電纜、開關(guān)觸點、銅排連接點,實現(xiàn)溫度、溫升和相間溫差的實時在線監(jiān)測,實現(xiàn)智能變電站設備運行溫度的自動管理,為智能變電站的安全運行提供數(shù)據(jù)支持。設備采用無線電波進行信號傳輸,正常情況下每30s發(fā)送一次監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù),當溫度超過預設值時則每4s發(fā)送一次監(jiān)測點溫度數(shù)據(jù)。控制主板顯示畫面會即時告警。
3數(shù)據(jù)信息分析處理裝置綜合管理軟件
3.1頁面管理
頁面管理窗口是用戶切換主功能頁面的重要途徑之一,如圖2所示。
圖 2 頁面管理窗口
3.2 溫度節(jié)點窗口
溫度節(jié)點窗口是提供給用戶用于選擇溫度傳感器節(jié)點的輔助窗口,如圖 3 所示。
圖 3 溫度節(jié)點窗口
3.3 無線基站與傳感器列表
無線基站(傳感器)配置列表列舉出了當前配置的全部無線基站(傳感器)信息,如圖 4 所示,在這個頁面上,可直接對各無線基站(傳感器)進行編輯。 這在集中對大規(guī)模無線基站設備的修改時,十分方便?;谕瑯拥脑颍€提供了傳感器的配置列表。
圖 4 無線基站配置列表
3.4溫度運行狀態(tài)
在溫度運行狀態(tài)監(jiān)視頁面(見圖5),可以對當前配置的所有傳感器(對應實際的溫度點)的溫度與運行狀態(tài)進行監(jiān)視與顯示。顯示的信息包括在線離線狀態(tài)、超溫警告、溫升、實時溫度、溫度變化率和電池電壓等。雙擊某個傳感器信息,還可以得到它的詳細信息界面。
圖 5 溫度運行狀態(tài)監(jiān)視頁面
3.5歷史巡檢報告
所有巡檢報告,都在數(shù)據(jù)庫中進行歸檔,并提供界面以對這些報告進行檢索查看,如圖6所示。時間范圍后,點擊“查詢”按鈕,就會在下面的窗口中列出所有符合時間條件的巡檢報告。
圖 6 歷史巡檢報告畫面
3.6 實時數(shù)據(jù)查看界面
實時數(shù)據(jù)查看界面如圖 7 所示。
圖 7 實時數(shù)據(jù)查看界面
3.7溫度歷史數(shù)據(jù)界面
溫度歷史數(shù)據(jù)界面如圖8所示。
圖8 溫度歷史數(shù)據(jù)界面
3.8運行狀態(tài)監(jiān)視
在全屏模式下,默認顯示的就是對全站溫度的狀態(tài)監(jiān)視畫面,如圖9所示。監(jiān)視信息主要以列表的方式呈現(xiàn),同時以溫度柱圖為輔助。在溫度列表中顯示了所有配置傳感器的各種運行狀態(tài)與數(shù)據(jù),點擊任意一列的表頭,可以對該列進行排序,再次點擊,列表將反向排序。
圖 9 運行狀態(tài)監(jiān)視畫面
4 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上,充分吸收當前國內(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,采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O計思想,結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)而設計的一款無線測溫軟件。
4.1 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)與間隔層的設備直接進行通信(如圖10),系統(tǒng)設計遵循標準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、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)的設計依據(jù)軟件工程的設計規(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10 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 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,能夠以配電一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
查詢各回路設備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能,設備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
■設備提供以下凡種告警方式:
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,可以發(fā)送吿警信息短信.
■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)安全穩(wěn)定運行,設置了用戶權(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、管理提供可靠的安全保障。
■定值設置
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。
接線圖頁面通過一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,用電排名。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。
設備數(shù)據(jù)員面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。
4.3 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11)。
圖11 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖
4.3.1 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。
4.3.2 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。
4.3.3 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。
5 結(jié)語
電力電纜無線測溫裝置投運至今,各項性能指標穩(wěn)定可靠,經(jīng)檢測,測量精度±1℃,無線通信距離>300m,溫度測量范圍-10~250℃,解決了變電站電力電纜及接頭運行溫度實時監(jiān)測的難題,為變電站智能化、信息化創(chuàng)造了條件。