0引言
伴隨著大機(jī)組、大容量和高電壓的迅速發(fā)展，電氣設(shè)備的運(yùn)行條件變得更加苛刻，隨之帶來(lái)設(shè)備故障率逐漸增加，排除故障時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來(lái)越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)生的事故中有相當(dāng)一部分與電氣設(shè)備的發(fā)熱問(wèn)題有關(guān)，因此，對(duì)電氣設(shè)備溫度的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。高壓電氣設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)都處于高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境中，甚至有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)還處在密閉的空間中，由于強(qiáng)電磁噪聲和高壓絕緣、空間的限制等問(wèn)題，傳統(tǒng)的溫度測(cè)量方法無(wú)法適應(yīng)。所以，對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、故障診斷和及時(shí)維修受到人們的高度重視。
1無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的研究
1.1無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能
在電氣設(shè)備內(nèi)部安裝一種傳感器，主要是非接觸式并且無(wú)源高精度的紅外傳感器，例如變壓器、開(kāi)關(guān)柜以及封閉母線等等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)非接觸式的系統(tǒng)溫度采集。智能無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電纜及其附件的溫度測(cè)量是通過(guò)光線傳感器的作用進(jìn)行的,通過(guò)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的硬件與軟件設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的后臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并且要對(duì)趨勢(shì)進(jìn)行分析，能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的隱患做到及時(shí)的發(fā)現(xiàn)與預(yù)防，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)在故障出現(xiàn)前對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，及時(shí)扼殺電氣設(shè)備故障的萌芽。
1.2無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究
無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集、通信終端和通信管理三個(gè)主要部分構(gòu)成。測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集是基于感應(yīng)式原理，對(duì)電能的獲取，并通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)重要部位溫度的測(cè)量，當(dāng)溫度的信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊時(shí)，就可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要在開(kāi)關(guān)與母線接點(diǎn)等關(guān)鍵部位。通信終端對(duì)測(cè)溫終端發(fā)出命令，將溫度值等信息傳輸?shù)綗o(wú)線通信的主要管理部位。通信終端是其他兩個(gè)部分的進(jìn)行交換的主要機(jī)構(gòu)，能夠通過(guò)對(duì)信息的收集再經(jīng)過(guò)無(wú)線將信息發(fā)送至測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)顯示終端,受到數(shù)據(jù)后再轉(zhuǎn)發(fā)給通信管理,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，也保證了數(shù)據(jù)的完整與可靠。
1.3技術(shù)特點(diǎn)
首先，安全性，可以通過(guò)點(diǎn)位絕緣安裝，降低爬電影響，所以不會(huì)影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，具有較高的安全性；其次，準(zhǔn)確性，在無(wú)線傳感器系統(tǒng)當(dāng)中往往會(huì)應(yīng)用一些精度較高的數(shù)字傳感器，且這些傳感器大多以接觸式測(cè)溫為主，將傳感器設(shè)置在發(fā)熱點(diǎn)附近能夠?qū)y(cè)溫部位的溫度變化情況快速、準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)，從而為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)；第三，靈活性，通常情況下，無(wú)線測(cè)溫元件的體積都比較小，因此，其安裝較為方便，能夠進(jìn)行靈活的組網(wǎng)，既可以使用有線網(wǎng)絡(luò)，也可以使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，而且能夠滿足多點(diǎn)安裝的需求，確保測(cè)量工作的完整性；第四，易用性，通常會(huì)采用模塊化的方式進(jìn)行無(wú)線測(cè)溫平臺(tái)的設(shè)計(jì)，通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式，能夠有效提升系統(tǒng)操作的便捷性和簡(jiǎn)單性，且便于和網(wǎng)絡(luò)的連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，確保了系統(tǒng)的易用性；第五，能耗低，無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用較為重視低功耗理念的應(yīng)用，所以在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，不僅不會(huì)造成太大的能源消耗問(wèn)題，還會(huì)使測(cè)溫元件的使用壽命得到有效的延長(zhǎng)。
2無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及適用范圍
無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的通信頻段一般設(shè)置為2.3-2.5GHz，處于高頻波段，抗干擾能力強(qiáng)。通信技術(shù)選擇ZigBee技術(shù)，適用于短距離通信，使用復(fù)雜度較低，具有低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體積較小，便于安裝和使用，內(nèi)部采用鋰電池供電，使用壽命長(zhǎng)。傳感器使用二進(jìn)制編碼，處理分析方便。溫度傳感器在使用時(shí)應(yīng)用無(wú)線傳輸技術(shù)，不需外接數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)安全性能高，漏電風(fēng)險(xiǎn)小。由于溫度傳感器在信息傳輸時(shí)不需要使用外部數(shù)據(jù)線，因此不會(huì)受到溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)等的影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)。溫度傳感器與計(jì)算機(jī)連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)中的軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，具有良好的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可節(jié)省人力資源，提高工作效率。與傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫傳感器相比，本研究提出的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)不需要人工進(jìn)行操作，受周圍環(huán)境、設(shè)備構(gòu)造的影響比較小，測(cè)量精度比較高。目前研制的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)工作范圍為35kV以下高壓開(kāi)關(guān)、繼電器以及多種接觸點(diǎn)，地下電纜的檢測(cè)電壓為110kV，在使用時(shí)要注意工作電壓的限制。
3電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用
在電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫軟件安裝前，變電站內(nèi)運(yùn)行人員主要依靠手持式測(cè)溫儀或紅外成像儀進(jìn)行測(cè)溫。對(duì)全站的設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫檢查不僅工作量較大也比較費(fèi)時(shí)間，而且不能全部保證對(duì)設(shè)備需要測(cè)溫的部位全部進(jìn)行測(cè)溫，容易產(chǎn)生遺漏現(xiàn)象，同時(shí)較為依賴運(yùn)行人員的主動(dòng)性，責(zé)任心較強(qiáng)的人員，測(cè)溫效果較好，發(fā)現(xiàn)安全隱患的可能性較大。一旦發(fā)生人工巡檢測(cè)溫不到位，沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度過(guò)高隱患的情況，有可能造成設(shè)備故障，導(dǎo)致停電現(xiàn)象發(fā)生，影響生產(chǎn)運(yùn)行安全。所以，就需要一種能夠自動(dòng)采集日常巡檢中所需要的設(shè)備運(yùn)行溫度參數(shù)，并可以及時(shí)有效提供給運(yùn)行人員進(jìn)行查看的測(cè)溫技術(shù)，當(dāng)設(shè)備溫度越限的時(shí)候其能夠發(fā)出報(bào)警，提示溫度越限部位，為運(yùn)行人員提供可靠的信息依據(jù)，以便后續(xù)采取處理措施。在了解了電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫技術(shù)和手段后，結(jié)合站內(nèi)實(shí)際設(shè)備可能溫度過(guò)高部位的位置特點(diǎn)和安裝使用要求，采用電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，可以彌補(bǔ)人工對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行測(cè)溫存在的不足，提高設(shè)備測(cè)溫的效率和準(zhǔn)確度。電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)由無(wú)線測(cè)溫傳感器、無(wú)線測(cè)溫通信終端及后臺(tái)主機(jī)三部分組成。無(wú)線測(cè)溫傳感器安裝在斷路器、隔離刀閘、電纜接頭、套管、母線等設(shè)備的連接部位，通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)將該部位的實(shí)時(shí)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)線測(cè)溫通信終端，再由無(wú)線測(cè)溫通信終端將采集的多路實(shí)時(shí)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線傳回后臺(tái)主機(jī)；變電站運(yùn)行人員可以通過(guò)主機(jī)終端安裝的測(cè)溫軟件查看全部測(cè)溫結(jié)果。電力設(shè)備無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的安裝應(yīng)用，可以讓變電站運(yùn)行人員足不出戶，隨時(shí)查看變電站電氣設(shè)備重要部位的溫度實(shí)時(shí)參數(shù)，大大方便了設(shè)備巡檢測(cè)溫，而且測(cè)溫結(jié)果準(zhǔn)確及時(shí)。該測(cè)溫系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶要求自動(dòng)繪制測(cè)溫點(diǎn)的溫度曲線，同時(shí)可以保存全部測(cè)溫參數(shù)90天，便于變電站運(yùn)行人員進(jìn)行歷史查看，方便了運(yùn)行人員進(jìn)行設(shè)備溫度記錄和歷史分析。
4安科瑞無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)
4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000T無(wú)線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485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(jì)遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、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(cè)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。
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2系統(tǒng)功能
測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)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(kāi)關(guān)設(shè)備運(yùn)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。
運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。
實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。
歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。
4.3系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。
名稱 | 外形 | 型號(hào) | 參數(shù)說(shuō)明 |
系統(tǒng)組態(tài)軟件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：內(nèi)存4G，硬盤(pán)500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows764位簡(jiǎn)體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約 |
智能通信管理機(jī) |
| 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(kuò)展。 |
無(wú)線測(cè)溫集中采集設(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） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內(nèi)存4G，硬盤(pán)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(kù)系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺(tái)/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm) | |
顯示終端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。 |
| ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；開(kāi)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(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開(kāi)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(gè)ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
智能溫度巡檢儀 |
| ARTM-8 | 開(kāi)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(kāi)關(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場(chǎng)合的測(cè)溫； |
| 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(cè)溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場(chǎng)所測(cè)溫； | |
無(wú)線收發(fā)器 |
| ATC450-C | 可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。 |
| ATC600 | ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透?jìng)鳌?/span> | |
電池型無(wú)線測(cè)溫傳感器 |
| 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(zhǎng)*寬*高)。 |
| 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(zhǎng)*寬*高，三色表帶)。 | |
| 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(jí)IP68；35*35*17mm，L=330mm(長(zhǎng)*寬*高，三色表帶)。 | |
CT取電型無(wú)線測(cè)溫傳感器 |
| ATE400 | CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)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(zhǎng)*寬*高)。 |
有線溫度傳感器 |
| PT100 | 用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長(zhǎng)與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測(cè)溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí)，具體封裝、精度、線制、線材、線長(zhǎng)與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機(jī)繞組測(cè)溫時(shí)，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好 |
5結(jié)束語(yǔ)
無(wú)線測(cè)溫技術(shù)的應(yīng)用為電力系統(tǒng)的安全供電提供了重要的保障作用，配合信息技術(shù)形成的無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了電氣設(shè)備運(yùn)行溫度的集中監(jiān)測(cè)與預(yù)警，便于電氣設(shè)備熱故障的預(yù)知維修，大大提高了維修人員的工作效率，保障了電氣設(shè)備的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
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[2]柯兆盛,郭樹(shù)旭,劉寶琦,凌子松,李英博.基于nRF401芯片的無(wú)線傳輸遠(yuǎn)程測(cè)溫系統(tǒng).傳感器技術(shù),2020(07)
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)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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