淺談無源供電測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)功能與應(yīng)用

    摘  要: 針對(duì)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(duì)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*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(huì)造成嚴(yán)重的事故。而對(duì)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(dòng)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控和預(yù)警 ,新了變電站的設(shè)備的維護(hù)模式 ,將加有效的**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(shì) ,為負(fù)荷控制提供決策依據(jù)。電力設(shè)備的狀況可能會(huì)對(duì)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(duì)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(chǔ)、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(hào)后 ,利用材料的物理特性將信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(duì)應(yīng)的 ,溫度采集器負(fù)責(zé)**射頻信號(hào) ,溫度傳感器通過無線通信負(fù)責(zé)處理該信號(hào) ,并上傳到主控終端。

     

    溫度采集器的**頻率為428 ~ 439MHz,**信號(hào)為單頻信號(hào),不同的頻率代表不同的信號(hào)。信號(hào)接收后,通過信號(hào)的放大、濾波等處理后 ,轉(zhuǎn)換成可以識(shí)別的電信號(hào) ,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**設(shè)備 ,主控終端是對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的后期處理 ,包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(dòng)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(duì)多臺(tái)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(duì)于設(shè)備各點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)顯示 ,溫度的發(fā)展趨勢(shì)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(duì)溫度界限、**值等進(jìn)行管理 ,在溫度過設(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(duì)傳感器溫度校準(zhǔn)、預(yù)警溫度設(shè)定、**和接受信號(hào)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(duì)設(shè)備的溫度進(jìn)行故障分析、歷史趨勢(shì)分析以及數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)應(yīng)用等**應(yīng)用功能,*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(duì)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(duì)設(shè)備的初始化、重啟以及系統(tǒng)升級(jí)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)*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*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(dòng)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??梢员O(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)備提供以下凡種告警方式:

     

     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*手機(jī)號(hào)碼發(fā)送吿警信息短信(需選配短信貓).

    ■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(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)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**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)??梢远x不同級(jí)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**。

     

    ■定值設(shè)置

     

    用于修改高溫定值、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(hào)量等信息(信號(hào)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(shì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(hào)

    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(dòng)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(dòng)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(hào)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(hào)

    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(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

     

     

    物料名稱

    型號(hào)

    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(tái)/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*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(píng)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(huì)效益 ,具有一定的推廣前景。

     

    【參考文獻(xiàn)】

     

    [1] 楊楷,李志剛,景玉鵬.聲表面波氣體傳感器的研究進(jìn)展[J].電子元件與材料,2009,27(9):26-30.

     

    [2] 曾強(qiáng).無源供電無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)研究應(yīng)用

     

    [3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)  2019.11版

     


    安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司專注于光伏電站電力監(jiān)控系統(tǒng),智能電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng),大型公建能耗監(jiān)測系統(tǒng),預(yù)付費(fèi)管理系統(tǒng),無線通訊智能電表,環(huán)保用電監(jiān)管平臺(tái)等, 歡迎致電 18701808662

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