淺談高壓配電柜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及選型

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：高壓配電柜是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵電能分配節(jié)點(diǎn)，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定可靠具有重要意義。文章綜合運(yùn)用了470MHz無線測(cè)溫、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，設(shè)計(jì)了一套高壓配電柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。應(yīng)用結(jié)果表明，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，預(yù)警及時(shí)，滿足一般電力系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞:高壓；配電柜；溫度監(jiān)測(cè)

一、引言

隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的普遍應(yīng)用供配電系統(tǒng)的綜合性能越來越受到人們的關(guān)注。高壓配電柜作為供配電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)都有著直接的影響。在實(shí)際環(huán)境中,高壓配電柜作為電能分配的重要節(jié)點(diǎn)，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榻佑|不良、散熱不佳電流過大等問題而產(chǎn)生高溫,進(jìn)而造成跳閘、火災(zāi)等事故。因此，對(duì)高壓配電柜進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)具有重要的價(jià)值。

根據(jù)電氣控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)結(jié)合溫度監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求文音設(shè)計(jì)的高低配電柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括控制主機(jī)、數(shù)據(jù)集中器、無線測(cè)溫單元和聲光報(bào)警等模塊。

由干一般的高壓配申柜內(nèi)通常安裝有三相線路和若干個(gè)閘門,還有一些斷路器、母線等設(shè)備，這些都是溫度異常的高發(fā)處，因此溫度采集終端也采用多點(diǎn)布置測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)通過470MH無線組網(wǎng)傳輸至數(shù)據(jù)集中器，再由RS-485數(shù)據(jù)總線傳送到主機(jī)。主機(jī)中運(yùn)行的監(jiān)控軟件對(duì)各測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如發(fā)現(xiàn)超過預(yù)設(shè)值則立即發(fā)出預(yù)警，同時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送至值班室，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓配電柜的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(一)溫度傳感器

當(dāng)前可以從市場(chǎng)上采購的溫度傳感器種類和型號(hào)都非常多,并且技術(shù)也已經(jīng)達(dá)到較成熟的程度，常用的溫度傳感器主要包括水銀溫度計(jì)、熱電偶、光纖測(cè)溫計(jì)、紅外測(cè)溫儀等,這些傳感器的原理和應(yīng)用場(chǎng)合均有所有同，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求進(jìn)行合理的選用。在本系統(tǒng)中，通過高性能溫度傳感器對(duì)高壓配電柜內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。綜合考慮成本、精度和應(yīng)用條件等要求確定采用多路無線測(cè)溫傳感器進(jìn)行采集測(cè)量范圍為-50~125℃精度在1%以內(nèi)。無線溫度傳感器由于電磁感應(yīng)供電無線測(cè)溫具有測(cè)溫速度快、周期短、免維護(hù)、使用壽命長、故障率低等特點(diǎn),特別適用于高壓配電柜內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)合。

(二)數(shù)據(jù)集中器

考慮到溫度測(cè)點(diǎn)較多這些測(cè)點(diǎn)如果分別傳輸至主機(jī)。必然會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜度，使得系統(tǒng)硬件開發(fā)和軟件設(shè)計(jì)的難度都明顯增加。因此，為了提高數(shù)據(jù)傳輸效率，簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),文章采用了數(shù)據(jù)集中器對(duì)所有測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的匯聚和傳輸。數(shù)據(jù)集中器的作用是對(duì)所有溫度測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚.形成一組溫度數(shù)據(jù)序列，以便于集中傳輸。數(shù)據(jù)集中器設(shè)置在無線測(cè)溫傳感器和主機(jī)之間，是470MHz無線網(wǎng)絡(luò)和RS-485的傳輸通道,測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)售口器進(jìn)行打包處理后,批量發(fā)送至主機(jī)進(jìn)行分析。

(三)監(jiān)測(cè)主機(jī)

監(jiān)測(cè)主機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，也是主要的邏輯控制模塊。監(jiān)測(cè)主機(jī)可以采用單片機(jī)、嵌人式系統(tǒng)或PC，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的臨時(shí)存儲(chǔ).文章采用了PC機(jī)作為監(jiān)測(cè)主機(jī)。所有測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)主機(jī)后在監(jiān)測(cè)軟件的控制下首先會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判斷，對(duì)于無效數(shù)據(jù)會(huì)被拋棄，有效的數(shù)據(jù)會(huì)與系統(tǒng)中預(yù)測(cè)的溫度閾值進(jìn)行對(duì)比，如果溫度值不在閾值范圍內(nèi) 說明高壓配電柜內(nèi)的相應(yīng)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行出現(xiàn)了異常軟件會(huì)立即向聲光報(bào)警器發(fā)送一個(gè)觸發(fā)脈沖，及時(shí)發(fā)出敬報(bào)信號(hào)。同時(shí)還會(huì)將報(bào)警信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程值班中心提示值班人員及時(shí)安排維修。

在實(shí)際的供配電系統(tǒng)中,尤其是大型供電網(wǎng)絡(luò)，高壓配電柜的數(shù)量往往有多個(gè)，而且型號(hào)也各不相同，因此在硬件安裝時(shí)也需要根據(jù)柜內(nèi)部局進(jìn)行合理的安裝，這里直點(diǎn)分機(jī)溫度采集終端的安裝技術(shù)。

一般在高壓配電柜中的溫度采集模塊可以安裝在進(jìn)出線電纜連接處:主母排與主母排，分支母排與主母排搭接處:電流互感器P1.P2銅排連接位置。高壓柜斷路器為手車式的動(dòng)觸頭上是重點(diǎn)監(jiān)控部位，也可以安裝在靜觸頭上。對(duì)于動(dòng)觸頭安裝方式，優(yōu)點(diǎn)是后期維護(hù)方便，如果傳感器出現(xiàn)損壞，只需停役故障設(shè)備間隔進(jìn)行更換即可。但動(dòng)觸頭經(jīng)常處于活動(dòng)狀態(tài)，溫度傳感器較易損壞，并且對(duì)絕緣性能也有特殊要求。對(duì)于靜觸頭安裝方式，由于靜觸頭不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。因此其安裝工藝就簡(jiǎn)單得多，對(duì)絕緣要求也不高，可以避免傳感器因振動(dòng)和沖擊而損壞。然而一旦靜觸頭上的傳感器發(fā)生故障停役整條母線才能更換維修，這對(duì)供電的可靠性會(huì)造成嚴(yán)重影響。因此，對(duì)于供電可靠性要求高的場(chǎng)合應(yīng)采用動(dòng)觸頭安裝方式。

本系統(tǒng)在某項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)高壓配電柜中進(jìn)行了試運(yùn)行,經(jīng)過3個(gè)月的測(cè)試和優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，溫度數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確,數(shù)據(jù)傳輸快速高效，預(yù)警觸發(fā)及時(shí)準(zhǔn)確，滿足實(shí)際工程的應(yīng)用需求。

1、概述

電氣接點(diǎn)在線測(cè)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(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)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(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測(cè)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(jì)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。

2、應(yīng)用場(chǎng)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(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)。

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4、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)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(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)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3）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)。

4）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)語音報(bào)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(shí)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(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。

5、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)。

本系統(tǒng)采用了無線測(cè)溫傳感器和無線通信模式，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與高壓線路的隔離，減少了設(shè)備電氣連接，提高了系統(tǒng)抗干擾能力。系統(tǒng)通過動(dòng)觸頭的安裝方式，雖然在一定程度上增加了傳感器損壞的風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)供電系統(tǒng)可靠性的影響可以降至最小。因此，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，可以為相關(guān)領(lǐng)域提供一定的參考。

［1］周波．高壓配電柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J]．市場(chǎng)周刊：商務(wù)營銷,2020,000(088):P.1-1

［2］夏樾．變電站高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．電子測(cè)試,2020,000(023):31-3245

［3］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022年05版

作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殚_關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)。