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淺談變電站開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

更新時間:2023-09-19 瀏覽次數(shù):400

摘要:變電站主要是對電耗能和輸送、配電等方面進(jìn)行處理,其中最重要的要數(shù)變電站開關(guān)柜,該設(shè)備數(shù)量較多,并且每一臺開關(guān)管之間均相互影響、相互作用,在日常工作運行當(dāng)中如果有一臺變電站開關(guān)柜出現(xiàn)停止運行或者安全事故等情況,會牽連到整個變電站的輸送配電情況,造成較大事故。

關(guān)鍵詞:變電站開關(guān)柜;設(shè)備無線測溫系統(tǒng);

0引言

變電站高壓開關(guān)柜設(shè)備在長期運行過程中,開關(guān)柜內(nèi)的觸點、母排、電力電纜銜接等部位因老化、接觸不良和松動導(dǎo)致在正常負(fù)荷下發(fā)熱現(xiàn)象,如果不能對這些部位的溫度進(jìn)行有效的檢測,可能會導(dǎo)致整個變電站運行的癱瘓。如何設(shè)計一個實用的溫度檢測系統(tǒng)對開關(guān)柜進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測,是需要研究的重要課題。

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1紅外成像測溫

紅外成像測溫最早出現(xiàn)在上世紀(jì)的瑞典,因其具有先天的優(yōu)勢,所以一步一步得到較快的發(fā)展。紅外成像的原理簡單說就是任何物體其本身都是有溫度,它能向外界發(fā)出熱量,而向外發(fā)出熱量的強弱可以定性的將其描繪出來,可以通過不同顏色進(jìn)行繪制,從而簡單易見,直觀發(fā)現(xiàn)。我們現(xiàn)在所常見的紅外成像儀就是根據(jù)這個原理制成的,用在開關(guān)柜上就是根據(jù)柜內(nèi)設(shè)備所散出的熱量的強度,然后通過專門的儀器繪制成圖,就能非常直觀的觀測到熱量的強度而不用人為的打開開關(guān)柜,減少不必要的損失的人員潛在危險。在我國電力這個大的行業(yè)中,紅外成像技術(shù)首先被引進(jìn),也得到比較廣泛的推崇和應(yīng)用。

紅外成像技術(shù)的技術(shù)特點是在監(jiān)測電氣設(shè)備的時候無需使設(shè)備停止運行就能檢測到溫度,這個有點很適合用于變電站,但是紅外成像技術(shù)也有它不好的一面。紅外技術(shù)的精髓是發(fā)出不同的紅外線,然而紅外線的穿透能力不是很強,尤在遇到一些硬質(zhì)物體或者厚的鐵片的時候,其能力大大降低,而且紅外線受外界環(huán)境的的依賴也很大,不同的環(huán)境也將導(dǎo)致溫度信息傳遞的正確性。因此綜上所述,紅外測量技術(shù)用在變電站開關(guān)柜中不能做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測,精確度不高。

1.2光纖測溫

近幾十年來,光纖技術(shù)從它的一出現(xiàn)就發(fā)展快速,光纖技術(shù)的優(yōu)點己不用過多介紹,它相對于電纜來說進(jìn)步非常大,體積小,附加的保護(hù)投入措施也很小,并且因為它沒有電流干擾,全程都是通過光的形式傳播,抗電磁干擾能力非常強,這一點來說就非常適合在變電站等強磁場的場合下使用。光纖測溫因其優(yōu)點比紅外測溫更較常用于開關(guān)柜中,目前用在開關(guān)柜的場合主要分兩種:一種是將光纖作為溫度傳感器來使用;一種是將光纖作為信號傳輸介質(zhì)。由于光纖傳遞的種種優(yōu)點,如果將光纖傳遞作為開關(guān)柜傳感器與主站之間的傳輸媒介,用半導(dǎo)體溫度傳感器作為柜內(nèi)測量溫度的探頭,這種方法也有缺陷,首先光纖傳遞費用昂貴,適合遠(yuǎn)距離傳輸,而變電站開關(guān)柜與主站之間距離太短,而且與監(jiān)控中心最遠(yuǎn)不過幾十公里,另外,半導(dǎo)體溫度傳感器探頭的抗干擾能力太差無法適應(yīng)變電站惡劣的環(huán)境也是次方法被不用的原因之一。

1.3無線測溫

通常分為有源和無源測溫,有源無線測溫的簡單測量原理是將溫度傳感器(多為DS18B20)放在被檢測的部件上,采集部件的溫度信息(為數(shù)字信號),然后溫度信號以無線通信的方式進(jìn)行傳輸,其供電方式則是電池供電。缺點是傳感器探頭及無線發(fā)射電路采用電池或小電流互感器取能供電,電池存在使用壽命短和更換困難的問題,互感取能存在電流大小不易控制和安裝困難問題。

2高壓開關(guān)柜測溫的特點

在線測溫方式高壓開關(guān)柜規(guī)定,與普通的測溫有區(qū)別:

(1)溫裝置的高壓絕緣問題突出

高壓開關(guān)柜通過柜體內(nèi)測溫裝置和柜體外溫度接收裝置,把測得高壓溫度數(shù)據(jù)輸送出去,同時柜體內(nèi)外的高、低壓側(cè)會產(chǎn)生高壓絕緣現(xiàn)象,有效的隔離措施必須采取,否則就會產(chǎn)生絕緣故障。

(2)開關(guān)柜的原有功能不受測溫裝置影響

開關(guān)柜是由斷路器和柜體組成,可操作性的設(shè)備是斷路器,所以斷路器等可操作設(shè)備的操作功能不受測溫設(shè)備的影響。

(3)紅外測溫等方法不能適應(yīng)現(xiàn)場的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)

開關(guān)柜是由斷路器和柜體組成,絕緣熱縮包封是針對柜體內(nèi)導(dǎo)電部位,減少小型物種進(jìn)入柜內(nèi)引起短路和柜內(nèi)受潮污垢等造成閃污現(xiàn)象。

(4)高壓開關(guān)柜的運行環(huán)境的嚴(yán)重電磁干擾

柜內(nèi)的電壓、電流以及變電站內(nèi)都會不可避免的產(chǎn)生巨大的電磁輻射,削弱測溫系統(tǒng)的測溫性能,測溫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性會降低。應(yīng)采取減小誤差的方式和適當(dāng)?shù)男r灤胧﹣硖岣邷囟葦?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 SAW測溫系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1溫度數(shù)據(jù)采集

通常安裝在被測部位的表面,像高壓開關(guān)柜內(nèi)的母線連接接頭和裸露觸點等位置。用于溫度信號的感應(yīng)和輸送的無線溫度采集器,其結(jié)構(gòu)包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路、無線收發(fā)電路。

溫度采集器是測量柜內(nèi)溫度的最下層的構(gòu)件,使用saw用于檢測溫度信息,無線發(fā)射電路使用433MHz的發(fā)射電磁波,站內(nèi)開關(guān)柜內(nèi)的SAW傳感器傳感頭接收到后轉(zhuǎn)換為自己的能量,并將測量到的觸點溫度調(diào)制到電磁波上,并以無線方式將調(diào)制數(shù)據(jù)傳到采集終端上,實現(xiàn)被測點溫度信息的實時采集,從而實現(xiàn)非接觸溫度測量。

3.2系統(tǒng)通信實現(xiàn)

通信管理裝置,它是連接各個部件的中間橋梁,將開關(guān)柜內(nèi)溫度傳感器檢測的溫度信息輸送出去,最終的接受方是供電公司調(diào)度大廳的信息監(jiān)控中心,通信系統(tǒng)是否安全快捷也是判斷這個系統(tǒng)整體是否有效的原因之一。信息通信系統(tǒng)可實現(xiàn)對各種不同種類的開關(guān)柜內(nèi)溫度測量部件或測量單元的測量控制、通信管理、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)處理,將檢測結(jié)果和設(shè)備狀態(tài)通過專門搭建的用于電網(wǎng)通信的內(nèi)部專網(wǎng)傳送到站控中心和遠(yuǎn)方的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)。

隨著現(xiàn)代社會工業(yè)分布式控制系統(tǒng)的發(fā)展,RS-485通訊作為一種抗電氣噪聲干擾能力更強,能夠傳輸更遠(yuǎn)距離的數(shù)字通信方式應(yīng)運而生。RS-485標(biāo)準(zhǔn)在用于變電站與調(diào)度中心控制室的傳輸距離上是合理的,并且還具有傳輸速率快和抗干擾能力強等幾大優(yōu)勢,通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)的通信平臺。

3.3SAW測溫系統(tǒng)的軟件設(shè)計

基于SAW的溫度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分,軟件可直接測試以及監(jiān)測溫度系統(tǒng)的工作情況,仿真后可直接在電腦上顯示。此溫度監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)前期是系統(tǒng)自檢,看看系統(tǒng)是否能可靠運行,隨后再進(jìn)行溫度的監(jiān)測,主要分為兩部分,一部分為溫度的檢測,首先是溫度數(shù)據(jù)采集;信號傳輸;數(shù)據(jù)分析處理和診斷。溫度數(shù)據(jù)采集是由安裝在開關(guān)柜內(nèi)高壓設(shè)備關(guān)鍵測溫點上的聲表面波傳感器收集的第一手溫度數(shù)據(jù),然后將檢測到的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)讲杉K端,進(jìn)行計算與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較,看是否超溫。另二部分則為溫度系統(tǒng)的警報,如果超溫,則報警系統(tǒng)通過報警裝置報警,以通知相關(guān)工作人員及時處理,同時將超溫數(shù)據(jù)打印出來,以供參考。不管是超溫還是沒有超溫,都要在調(diào)度監(jiān)控中心的屏幕上看到。

4安科瑞無線測溫系統(tǒng)

4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(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極大地提高。該系統(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,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況,實現(xiàn)快速報警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.2系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:

溫度顯示:顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

  1. 溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

  1. 運行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

  1. 實時告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警,告警方式有彈窗、語音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時提醒值班人員。

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  1. 歷史事件查詢:能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析等。

4.3系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱

外形

型號

參數(shù)說明

系統(tǒng)組態(tài)軟件

Acrel-2000/T

硬件:內(nèi)存 4G,硬盤 500G,以太網(wǎng)口。

顯示器:21 寸,分辨率 1280*1024。

操作系統(tǒng):Windows 7 64 位簡體中文旗艦版。

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng):Microsoft SQL Server 2008 R2。

通訊協(xié)議:IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、Modbus RTU、Modbus TCP 等國際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約

智能通信管理機

XSX03121

Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴展。

無線測溫集中采集設(shè)備

IMG_9878

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)

微信圖片_20210107164936

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)

顯示終端

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ATP007

ATP010

DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;

可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。

HG9A9394

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;

可接收60個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

HG9A5394

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;

可接收12個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

智能溫度巡檢儀

HG9A9393

ARTM-8

開孔88*88mm 嵌入式按照;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接入8路PT100傳感器,適用于低壓開關(guān)柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫;

7E7A9819

ARTM-24

35MM導(dǎo)軌安裝;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出,用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫;

無線收發(fā)器

7E7A9799

ATC450-C

可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。

7E7A9790

ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。

電池型無線測溫傳感器

IMG_5363

ATE100M

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。

IMG_5375

ATE200

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

35*35*17mm, L=330mm(長*寬*高,三色表帶)。

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ATE200P

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護(hù)等級IP68;35*35*17mm, L=330mm(長*寬*高,三色表帶) 。

CT取電型無線測溫傳感器

HG9A45922

ATE400

CT感應(yīng)取電,啟動電流≥5a;-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,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)。

有線溫度傳感器

PT100

PT100

用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機繞組測溫時,建議變壓器或電機內(nèi)部預(yù)埋好Pt100

7E7A9844

NTC

用于低壓接點測溫時,具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機繞組測溫時,建議變壓器或電機內(nèi)部預(yù)埋好

5結(jié)語

變電站開關(guān)柜是保證輸送電壓的關(guān)鍵。有句俗話叫做“工欲善其事,必先利其器",材料的發(fā)展水平是器件的關(guān)鍵,就目前而言,新型敏感材料的研究方向包括薄膜材料和復(fù)合壓電材料的研究等,因此為了提高傳感器在實際測量中的精度及敏感度,需要提高制作工藝。

參考文獻(xiàn):

[1]孫磊.賈振威.變電站開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備無線測溫系統(tǒng)研究

[2]廖雪松.高壓開關(guān)柜在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的研究「D].南昌大學(xué),2007.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2020.06版.

[4]安科瑞用戶變電站變配電監(jiān)控解決方案2021.10


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