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摘要:為了避免輸送電力資源的設(shè)備,如傳輸線纜、變壓器、高壓開關(guān)等由于連接部分過熱而發(fā)生損壞事故,研制了一種無線測 溫系統(tǒng),用于檢測高壓設(shè)備器件的運行情況,及時消除安全隱患。
關(guān)鍵詞:無線測溫系統(tǒng);高壓電氣設(shè)備;溫度傳感器;無線溫度檢測器
0前言
近年來隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用,企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用的電力負(fù)荷也隨之加重,經(jīng)常會發(fā)生因負(fù)載過多而導(dǎo)致電路設(shè)備燒毀的情況,對企業(yè)造成不小的財產(chǎn)損失。為有效檢測設(shè)備運行時的溫度變化狀況,研制了一種無線測溫系統(tǒng),利用溫度傳感器與無線傳輸系統(tǒng)相結(jié)合的方法,達(dá)到實時監(jiān)測設(shè)備溫度變化的目的。
1 無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析
無線測溫系統(tǒng)由兩部分組成,一部分是實時監(jiān)測溫度的硬件結(jié)構(gòu),即溫度傳感器,另一部分是傳輸并顯示檢測結(jié)果的 結(jié)構(gòu),本研究將其集成在溫度檢測器中。溫度傳感器一般位于 高壓開關(guān)柜、電纜接頭、保險絲等接口處,為保證測量精度,傳 感器與被測點一般處于同一 電位,然后通過無線傳輸技術(shù)將 所得數(shù)據(jù)傳輸并顯示到控制分析器件中。為保證該測溫系統(tǒng) 的用電安全,高壓工作部分與低壓工作部分應(yīng)實現(xiàn)電氣隔離, 以免發(fā)生漏電等事故。溫度接收裝置一般安裝在工作器件的外表面,并設(shè)置有多個通道,以實現(xiàn)對多個位置的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理,之后將接收器收到的數(shù)據(jù)通過串口或者并口數(shù)據(jù) 線傳輸?shù)接嬎銠C中,由事先編輯好的程序進(jìn)行分析和處理。
1.1溫度傳感器
溫度傳感器的主要功能是將溫度信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,常用的?/span>Pt 100熱電偶傳感器,測量精度為0.1 C。無線溫度傳感器除溫度檢測元件外,還包括供電電源、測量電路、邏輯控制電路以及一定頻率下的無線通信電路,溫度傳感器要與被測物體表面緊密接觸。為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境,無線溫度傳感器 通常要用高溫高壓的熱縮管進(jìn)行封裝,還要具備一定的防水 防塵能力,以滿足長時間工作需求。由于無線溫度檢測系統(tǒng)的工作空間一般都比較小,因此在封裝時應(yīng)盡量減小其體積,以適應(yīng)工作環(huán)境。
在使用溫度傳感器時,可利用耐高溫的尼龍絲或粘貼的方法將已經(jīng)封裝好的溫度檢測器固定于物體表面,但要注意保持接觸的緊密度,以減少測量誤差。溫度傳感器應(yīng)有比較寬 的線性工作范圍,一般選擇-55~130 C的傳感器,對于不同的工作環(huán)境,應(yīng)根據(jù)精度和誤差要求進(jìn)行選擇。
1.2無線溫度檢測器
無線溫度檢測器有多個接收通道,可同時對來自多個位置的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示。檢測器中設(shè)置有閾值判定模塊和故障處理模塊,工作人員事先設(shè)定一個安全范圍,檢測器在接收到數(shù)據(jù)之后與設(shè)定閾值進(jìn)行對比,一旦發(fā)現(xiàn)溫度高于閾值就轉(zhuǎn)入故障處理模塊,檢測器顯示屏上會輸出警告字樣,同時輸出一系列高低電平以驅(qū)動報警指示燈和音響工作。
1.3實時溫度檢測軟件系統(tǒng)
為降低工作人員的工作量,技術(shù)人員設(shè)計開發(fā)了與上述無線溫度檢測系統(tǒng)相匹配的實時溫度檢測軟件,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理。該軟件安裝于與無線溫度檢測系統(tǒng)相連接的計 算機上,具備溫度顯示功能、數(shù)據(jù)存儲功能、歷史數(shù)據(jù)分析對比功能、故障警示功能和設(shè)備運行狀態(tài)分析功能,可以幫助技 術(shù)人員處理海量數(shù)據(jù),提煉有用信息,對各個設(shè)備溫度的變化情況進(jìn)行對比和分析,及時匯報異常狀態(tài),保證各個設(shè)備的安 全運行。同時,該軟件還具有強大的數(shù)學(xué)計算功能和可視化能力,可以將一段時間內(nèi)的數(shù)據(jù)以曲線圖的方式展示,并標(biāo)注其中的異常點,提醒維修人員檢查。
2無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢及適用范圍
無線測溫系統(tǒng)的通信頻段一般設(shè)置為2.3~2 .5 GHz,處于 高頻波段,抗干擾力強。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,實 時處理能力強。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。 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應(yīng)用無線傳輸技術(shù),不需外接數(shù)據(jù) 線,系統(tǒng)安全性能高,漏電風(fēng)險小。 由于溫度傳感器在信息傳 輸時不需要使用外部數(shù)據(jù)線, 因此不會受到溫度、濕度、灰塵、 振動等的影響,數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高,抗干擾力強。溫度傳感 器與計算機連接并通過計算機中的軟件對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 和分析,具有良好的實時性,同時還可節(jié)省人力資源,提高工 作效率。與傳統(tǒng)的紅外測溫傳感器相比,本研究提出的無線測 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,測量精度比較高。
目前研制的無線測溫系統(tǒng)工作范圍為35 kV以下高壓開 關(guān)、繼電器以及多種接觸點,地下電纜的檢測電壓為 110 kV,在使用時要注意工作電壓的限制。
3無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用實例
無線測溫系統(tǒng)繼研發(fā)以來,受到了廣大生產(chǎn)企業(yè)的青睞, 應(yīng)用十分廣泛,英美等發(fā)達(dá)國家對這方面的研究起步較早,我 國雖然研發(fā)較晚,但也取得了一系列成果,尤其是近幾年發(fā)展十分迅速。
高壓開關(guān)柜即電路中的斷電保護(hù)器,主要應(yīng)用于高壓傳輸設(shè)備中的發(fā)電設(shè)備、傳輸線纜、配電器、變壓器以及大功率 負(fù)載中。其中的觸頭和接點通常是固定封裝,位置比較隱秘, 使用時間較長會發(fā)生氧化損壞、接口松動等現(xiàn)象,從而導(dǎo)致開關(guān)柜的電阻大,在使用過程中產(chǎn)生熱量增多,使得金屬膨 脹、氧化,電阻進(jìn)一步大,久而久之形成惡性循環(huán)。使用人工方法進(jìn)行溫度檢測無法得到實時信息,不能及時發(fā)現(xiàn)突發(fā)事 故隱患,可能會釀成安全事故。為解決因高壓開關(guān)柜溫度檢測 不及時而帶來的安全隱患,河北宣化鋼鐵集團(tuán)在其旗下子公 司一變電站成功引入了無限溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了對變 電站高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點和電纜接頭溫度的實時連續(xù)監(jiān)測,可 及時發(fā)現(xiàn)溫度過熱情況并進(jìn)行處理,避免了多起事故的發(fā)生。
某化工集團(tuán)自備發(fā)電廠中分別配備有功率為30 MW、60 MW 和13.5 MW的發(fā)電機組,數(shù)量在1~3臺不等,主要功能是為工 廠供水、供電、供暖。近幾年來工廠用電需求逐漸增多,電氣設(shè) 備也進(jìn)行了一定的改造,用電負(fù)荷日益大。5年前該工廠在 檢修時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組接線部分由于過熱而發(fā)生了一定程度的 損壞,安全隱患很高,因此工廠引入了無線測溫系統(tǒng),并將溫 度傳感器處理系統(tǒng)與計算機后臺連接,工作人員可以及時全 面掌握設(shè)備運行情況,排除安全隱患。
4安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)
4.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測,防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。
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。
4.2應(yīng)用場所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、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。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.4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:
1)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)。
2)溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
3)運行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。
4)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。
5)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。
4.5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 |
| 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 |
| 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 |
| 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。 |
| 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。 | |
| 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 |
| 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; |
| 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 |
| ATC450-C | 可接收60個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 |
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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)。 |
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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 |
| 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 | 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 |
| 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)束語
無線測溫系統(tǒng)由溫度傳感器、通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成,并通過數(shù)據(jù)線或者通信芯片與上級計算機連接,可以實現(xiàn)對多個高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測預(yù)處理,幫助工作人員及時發(fā)現(xiàn)隱患,保證生產(chǎn)設(shè)備的性能。無線傳輸技術(shù)無需使用外部電線,可以有效減少傳輸過程中的電容耦合和 電感耦合,實現(xiàn)高壓環(huán)境檢測設(shè)備與次級處理設(shè)備之間的電氣隔離,具有較高的性能,在高壓電氣設(shè)備檢測領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)
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[2] 萬千云. 電力系統(tǒng)運行實用技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2003.
安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版.