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浅谈开关柜无线测温系统的应用研究及产品选型

更新日期:2024-06-27浏览:88次

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:温度是维护电力系统高压设备正常运行的重要参数,随着智能电网的发展,针对高压设备进行温度在线监测已变得日益重要。文章中的智能无线测温系统,通过对开关柜温度进行智能实时监控,可准确、及时掌握开关柜运行温度变化趋势,并结合实时电流通过的横向和纵向等智能判据,可提前感知开关柜因过温而引起的安全隐患,有针对性地制定预防措施,从而实现状态检修,避免出现故障,进而减少运维人员工作量。

关键词:智能判据 ;无线测温 ;开关柜

0引言

在变电站内,高压设备在长期运行过程中,其触点和连接处等位置会因长期过载、接头松动、触头老化等因素导致接触电阻增大而产生过热现象,进而导致触点异常升温而损坏,甚至发生熔融、燃烧、爆炸等各种安全事故。因此需对高压设备的温度进行监测,做到事故的提前预防。目前,常规的无线测温系统仅监测高压设备的实时温度,超过温度上限进行告警,无法提前预知高压设备因过温而引起的安全隐患,文章的智能无线测温系统采用传感器实测温度结合实时电流的方式,通过智能算法,可提前感知开关柜因老化或环

境因素造成接触电阻增大而引发的过温安全隐患。

 

1智能无线测温硬件配置

(1)无线温度传感器。采集高压设备温度并通过无线方式将其发送至无线接收器。每个温度传感器采集1路温度量,可安装在断路器触头、母排、高压电缆接头等位置。无线温度传感器无源无电池,通过感应一次设备电流获取自身工作所需的能量,工作频率为433MHz,

传输距离为200m,测温范围–25~+125℃。

(2)无线环境温湿度传感器。采集高压设备环境温湿度并通过无线方式将数据发送至无线接收器。每个温湿度传感器采集1路环境温度和湿度值,可安装在开关柜或配电室内。无线环境温湿度传感器内置可更换的3.6V 锂电池,工作频率为433MHz,传输距离为150m。

(3)无线接收器。将温度传感器和环境温湿度传感器发出的无线温度及温湿度信号转发至保护装置。无线接收器内置磁铁,吸附于开关柜低压室内壁上,通过通讯电缆连接至保护装置的通信口。

2智能无线测温通讯方案

无线接收器通过无线信号接收温度传感器和温湿度传感器发出的温度及温湿度信号,然后通过 ModbusRTU 通讯协议及 RS–485接口与保护装置通讯。由于无线接收器吸附于开关柜低压室内壁上,通过1根短通讯电缆即可连接至保护装置通讯口进行通讯,无需进行单独组网通讯。保护装置收到传感器温度信号后,将在LCD 面板显示温度值,同时结合一次负荷电流进行智能判断,然后通过通讯协议将温度值及报警信号送至电力监控系统,即可实现温度数据和报警信号的远程监视。与电力监控系统共用1套监视系统,利用了原有设备无后期费用追加优势,达到了降低系统设备运维成本的目的,且利于运行人员监视和维护。

同时依靠电力监控系统网关通过云服务可将数据接入云平台,实现测温信号的移动运维,不仅可通过智能手机监测到设备的温度,并且能在超温时自动发出报警信号,及时推送到具体负责人员的智能手机终端,实现高效的问题处理,地降低了高压设备事故风险,保证供电可靠性(图1)。

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图1 通讯架构

3开关柜智能无线测温系统

3.1 具体应用方案

智能无线测温功能集成于综合保护装置中,支持分布式测温方案和母线集中式测温方案。

温度传感器的安装位置位于开关柜 ABC 三相每相的4个位置:母排、断路器上触臂、断路器下触臂、进出线。

3.1.1 分布式测温方案

每个间隔开关柜的保护装置配1个无线接收器,可与本间隔的多12个温度传感器和2个环境温湿度传感器配套工作。

特点 :①每个间隔均可实现基于实时电流的智能过温报警功能 ;②具有结合电流的传感器离线报警功能 ;③基于间隔配置,方便运维 ;④可工作于电磁干扰严重场合。

3.1.2 母线集中式测温方案

进线开关柜配置1个无线接收器,根据用户实际情况选择重要大负荷开关柜安装无线温度传感器。能与安装在本母线的5个开关柜的多60个温度传感器和10个环境温湿度传感器配套工作。本方案的无线接收器需使用外置高增益天线(图2)。

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图2 母线集中式测温方案应用场景

特点 :①适用于小型站 ;②进线可以实现基于实时电流的智能过温报警功能 ;③其它间隔根据纯温度判断异常过温状态 ;④经济简单,只需要1个无线接收器。

3.2 智能告警判据

智能无线测温基于保护装置通过实测温度结合实时电流的方式实现智能温度告警。

智能无线测温包含4个智能判据,能同时工作,一旦触发其中1个判据,将会发出对应的测量点温度告警消息。

4个智能判据分别是 :①电流补偿同安装点横向判据;②电流补偿绝对阀值判据;③无电流同相纵向判据;④无电流绝对阀值判据。

这4类判据分别对单个测量点的绝对温升/温度,纵向测量点及横向测量点结合电流后的温升进行监测,从而对开关柜进行矩阵式的全面监测。

3.2.1 有流判据

(1)电流补偿同安装点横向判据(图3)。同一间隔,同一组安装点多会配置 ABC 三相3个测温点。例如,出线电缆 A 相测温点,出线电缆 B 相测温点,出线电缆 C 相测温点,它们处于同一横截面,使用相同的材料和连接方式,因此可横向比较 ABC 三相3个测点电流产生的温升,来判断温升是否异常。三相电流的不平衡会引起温升的不平衡,电流补偿后,当检测到某一测温点温升异常升高后告警。

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图3 横向判据

由于同一安装位置的三相测温点,连接方式相同, 期望温升相同,因此该判据灵敏性高。

  1. 电流补偿绝对阀值判据。根据国标要求的温升阀值,确定测温点额定电流下的温升阀值。根据当前工作点的电流值,计算对应该电流的温升动作阀值。当测温点测得的温度超过计算得到的温升动作阀值后告警。

此判据电流的温度告警阀值,对应电流做过补偿,远小于国标要求的温升阀值,因此该判据灵敏性较高。

3.2.2 无流判据

(1)无电流同相纵向判据。同一间隔,同一相多有4个测温点,例如,母排测温点、断路器上触臂测温点、 断路器下触臂测温点、进出线测温点。同一相纵向上的各个测温点,流过的电流相同,温升只与节点阻抗和散热条件有关,因此可比较同一相纵向上多个测温点的温 升,当某一测温点的温升与纵向其他测温点的温升相比异常升高时告警(图4)。

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图4 纵向判据

(2)无电流绝对阀值判据。根据国标要求的温升阀值,设定一个大允许温升阀值,当实测点的温升大于大允许温升,判断该测点温度异常,告警。根据国标要求的温度阀值,设定一个大允许温度阀值,当实测温度大于大允许温度时,判断该测点温度异常告警。

由于国标要求的大允许温升阀值和大允许温度阀值较高,此判据不是很灵敏,因此大允许温升阀值和大允许温度阀值可以在定值中修改(表1)。

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4安科瑞温度在线监测系统解决方案

4.1概述

电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测,防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患,提高设备安全保障,及时、持续、准确反映设备运行状态,降低设备事故率。

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯,系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约,安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能,可以监控无线测温系统的设备运行状况,实现快速报警响应,预防严重故障发生。

4.2应用场所

适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。

4.3系统结构

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温度在线监测系统结构图

4.4系统功能

测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室,可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能:

1)温度显示:显示配电系统内每个测温点的实时值,也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。

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2)温度曲线:查看每个测温点的温度趋势曲线。

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3)运行报表:查询及打印各测温点时间的温度数据。

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4)实时告警:系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能,能够对所有事件发出语音告警,告警方式有弹窗、语音告警等,还可以短信/APP推送告警消息,及时提醒值班人员。

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5)历史事件查询:能够温度越限等事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析等。

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4.5系统硬件配置

温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元,通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成,实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。

名称

外形

型号

参数说明

系统组态软件

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Acrel-2000/T

硬件:内存4G,硬盘500G,以太网口。

显示器:21寸,分辨率1280*1024。

操作系统:Windows764位简体中文旗舰版。

数据库系统:MicrosoftSQLServer2008R2。

通讯协议:IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约

智能通信

管理机

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Anet-2E4SM

通用网关,2路网口,4路RS485,可选配1路LORA,带电告警功能,支持485,4G从模块扩展。

无线测温集中采集设备

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Acrel-2000T/A

壁挂式安装

标配一路485接口、一路以太网口

自带蜂鸣器告警

柜体尺寸480*420*200(单位mm)

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Acrel-2000T/B

硬件:内存4G,硬盘128G,以太网口

显示器:12寸,分辨率800*600

操作系统:Windows7

数据库系统:MicrosoftSQLServer2008R2

可选Web平台/APP服务器

柜体尺寸为480*420*200(单位mm)

显示终端

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ATP007

ATP010

DC24V供电;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。

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ARTM-Pn

面框96*96*17mm,深度65mm;开孔92*92mm;

AC85-265V或DC100-300V供电;

一路上行RS485接口,Modbus协议;

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

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ASD320

ASD300

面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;开孔220*165mm;

AC85-265V或DC100-300V供电;

一路上行RS485接口,Modbus协议;

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

智能温度

巡检仪

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ARTM-8

开孔88*88mm嵌入式按照;

AC85-265V或DC100-300V供电;

一路上行RS485接口,Modbus协议;

可接入8路PT100传感器,适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温;

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ARTM-24

35MM导轨安装;

AC85-265V或DC100-300V供电;

一路上行RS485接口,Modbus协议;

24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出,用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温;

无线收发器

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ATC450-C

可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。

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ATC600

ATC600有两种规格;ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。

电池型无线测温传感器

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ATE100M

电池供电,寿命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空旷距离150米;

32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。

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ATE200

电池供电,寿命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空旷距离150米;

35*35*17mm,L=330mm(长*宽*高,三色表带)。

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ATE200P

电池供电,寿命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空旷距离150米,防护等级IP68;35*35*17mm,L=330mm(长*宽*高,三色表带)。

CT取电型无线测温传感器

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ATE400

CT感应取电,启动电流≥5a;

-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空旷距离150米;

合金片固定、取电;三色外壳;25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。

有线温度

传感器

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PT100

用于低压接点测温时,具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系;

用于变压器、电机绕组测温时,建议变压器或电机内部预埋好Pt100

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NTC

用于低压接点测温时,具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系;

5安科瑞AMB300系列母线槽红外测温解决方案

安科瑞AMB300系列母线槽红外测温解决方案,这是一款非接触式红外测温装置,能够解决母线槽温升过高的问题,实时把连接器中每相温度数据上传后台,提示管理人员应对报警点予以重视或采取必要的预防措施。

浅谈开关柜无线测温系统的应用研究及产品选型

此母线槽红外测温解决方案由人机HMI触摸屏,红外测温模块,红外采集器,电源模块组成。该系统通过RS485线与本地触摸屏和后台监控进行通信(如下图),系统设计遵循际标准Modbus-RTU传输规约,安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。RS-485作为一种串行通信的接口具有传输距离长、速度较高、电平兼容性好、使用灵活方便、成本低廉和可靠度高等特点,与无线通信方式相比,具有价格低、抗共模干扰能力强等优点。

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AMB300红外测温组网示意图

浅谈开关柜无线测温系统的应用研究及产品选型

AMB300红外测温系统拓扑图

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浅谈开关柜无线测温系统的应用研究及产品选型AMB300红外测温原理示意图

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AMB300-D4 AMB300-D1 AMB300-Z

AMB300红外测温管理软件界面

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安科瑞系统平台界面

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6 结束语

智能无线测温系统进行严格的系统测试后,已应用到了多个现场,通过对多个现场测试结果的对比分析,数据传输准确可靠,在电力系统监控后台可实时掌握开关柜各位置的温度变化趋势,温度异常时可智能提前预警,提醒运行人员针对性地制定预防措施,为运行单位减少了运维工作量,提高了运维单位的工作效率和供电可靠性。

参考文献:

[1] 谷传国,付俊华,王浩,官建涛.开关柜智能无线测温系统研究.

[2] 李炳福 . 无线测温技术在企业电力系统的应用 [J]. 居业,2021(9):90-91.

[3] 李徽胜,罗惠雄,刘佳 . 基于物联网技术的无线测温系统设计 [J]. 自动化技术与应用,2022,41(5):103-106.

[4] 刘宾 . 无线测温技术在高压系统中的应用 [J]. 新型工业化,2021,11(8):31-32.

[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022年05版.

 

 

 

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