|
一、系统方案简介
1.1 现状及发展趋势
电力系统的一次电气设备一般由断路器、变压器、电缆、母线、开关柜等电气设备组成。其相互之间由母线、引线、电缆等连接,由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。例如在发电厂中电缆接头、电缆中间连接处、高压电缆的局部放电、高压开关柜的动静触头及其他连接处、低压电气连接处等位置过热是大型事故的征兆,也是电厂事故多发的重灾区。
多年来由于技术水平的限制使电力系统安全运行水平受到一定限制，虽然我们曾利用红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、传统的点式测温系统希望解决上述问题，但都无法实现开关柜内如断路器、刀闸联接点和触头测温。对全封闭金属铠装柜更是无能为力，光纤光栅感温故障监控系统彻底地解决了这一疑难杂症，实现了电力系统一次运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，防止事故的发生，真正地作到防患于未然。其次也为今后实现状态检修，提高检修效率，大大降低检修成本和管理成本起到关键的作用。
目前，国内电力测温主要应用红外点测仪和光纤测温仪，而在线方式由于无法解决高压绝缘问题，所以高压开关的触点等空间有限的电气设备基本上都是处于完全无监控的状态下运行，而高等级的变电站存在着两大隐患，一个是电压等级高，一个是覆盖面积大，因此，随着无线测温技术的发展，在电力测温系统也逐渐为人们所认可，尤其是近年来，无线测温系统被多家电厂和供电公司使用。保定国电中科电气有限公司开发的无线测温测温系统，不仅保持了原有无线测温的优点，而且更大大的提高了测温定位性，缩小了测温周期。而且吸取光纤测温串联方式的系统稳定性低的教训，解决了防污闪问题，而且由于采用无线信号传输，不存在电磁干扰和定期维护问题，可以长期免维护可靠运行，完全符合变电站无人值守的需求。
1.2 电力设备温度监控的意义和必要性
现代工业中，工作温度的升降反映了设备运行状态和许多物理特征的变化，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化。因此工业设备运行温度监测是设备安全监控最为有效、最为经济的手段，对设备的安全运行具有重大意义。随着无线测温传感器技术的发展和应用，基于ZIGEEB原理的无线测温系统是目前世界上最先进、最有效的温度在线监测系统，特别是在电力系统、石油化工、交通运输、工业消防等领域。
高压开关柜温度在线监控
高压开关柜的在线实时温度监控，是开关柜安全的重要保障。
开关柜内部触头接触不良、插接偏心不正等原因导致过热，以致起弧烧坏设备。高压电缆接头、连接器导体部分接触不良引起异常过热，加速绝缘老化导致击穿，这是高压开关柜的主要故障形式。通过对开关柜内温度连续监测，实现故障的早期报警，当发生故障时，提供及时报警并指明故障点位置，并提供故障分析的详尽监测数据。可以保证开关柜的安全可靠运行。
电力电缆温度监测
电力电缆的在线实时温度检测，具有重大现实意义：
运行状态监测:有效监测电缆在不同负载和不同环境温度下的发热状态，积累历史技术数据；
载流量限度分析，可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下，最大限度的发挥电缆的传输能力、提高经济效益；
老化监测，发现电缆上的局部过热点，及时采取降温措施，延缓电缆老化速度；
实时故障监测预警，发现电缆运行过程中外界因素导致的破坏；
电缆沟内火情监测与报警；
电缆接头、电缆终端的温度监测与报警。
发电厂、大型冶金企业电缆沟防火及火情监测
电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行。根据电力事故分析，由于电缆故障引发的火灾事故占相当大比例。火灾一旦发生，会导致大面积电缆坏毁，机组被迫停机，造成重大直接经济损失。实时温度检测可以提前预警，以便及时采用有效措施。
传统的测温方法是将某些点式温度传感器安装在电缆沟的重要部位，用光缆进行温度数据传送，其优点是比较经济，但存在安装繁琐，抗电磁干扰能力低，监测不完整等缺点。另一种方法是采用感温电缆，一般只能在固定的温度值报警、误差大、难以准确定位。
大型电力变压器、发电机、断路器、互感器、电力电容内部/表面、母线温度监测
根据变压器、发电机、断路器、互感器、电力电容的温度监测要求，在设备内部或表面布设光纤光栅传感器，实现温度实时监控。
变电站、发电厂母线的温度监测。
（1）绝缘耐压性：在电力系统尤其是高压和超高压系统中使用的设备，首先要满足绝缘耐压的要求，即不能降低原有设备的电压等级和安全特性，基于无线一二次隔离原理的RCTM2-6无线测温在线监测系统在监测现场为实时测量，完全满足高压开关柜内的绝缘耐压要求，通过了国家电科院检验中心的工频耐压检测。
（2）防污闪：在高压开关柜这样的有限空间内，如何保证足够的爬电距离是该系统能否保证原有系统安全的一大关键。无线温度传感器采用耐污性能优良的耐高温橡胶外套进行隔离，从而保证了系统的安全性。
（3）实时探测报警能力：传统光纤测温方式，如测温点在40点到100点之间，则测温周期在几分钟到半小时之间。采用新型的无线测温系统，全部测点测温周期小于50毫秒，充分的保证报警的及时性，同时由于测温周期短，可以在报警系统中引入温升趋势报警，提高了报警的可靠性和前瞻性，提高电力设备的安全性。
（4）系统稳定性：传统的测温方式由于包含的环节多，因此出故障的环节也比较多；而无线测温系统的整体结构简单，只有无线温度传感器和无线测温主机两大主要部分组成，因此无中间环节，而测量现场为无线测量传输，完全不受强电场和强磁场的干扰，保障了系统的稳定运行。
（5）高可靠性：无线测温系统与传统测温方式相比有无误报、无漏报的特点。另外，无线测温传感器的加工方式采用整体浇铸的方式，因此，一旦产品完成后，除非破坏不会产生零点漂移，所以不需要向传统的红外测温系统那样，定期进行零点标定，从而非常方便于维护。
某变电站无线测温方案
2009年5月，由保定国电中科电气科技有限公司生产的无线测温系统在某变电站得到了应用，该变电站10kV、35kV开关室共计20面35kV开关柜和19面10kV开关柜，通过在每面开关柜的6个静触头设置无线温度传感器，实现对31面开关柜触头温度变化实时在线监测。该系统的主要设备包括：186只QST200光纤光栅温度传感器、1台RCTM2-6主机、1台工业控制主机和1台后台工作站。
安装在每面开关柜内的6只无线温度传感器通过1只RCTM2-6主机，引出到485总线到后台管理机。
RCTM2-6主机放置在开关柜二次室，通过485总线实现对10kV、35kV开关室内120只无线温度传感器温度数据的实时采集，温度采集频率可通过软件设定。“无线温度在线测温分析软件V1.0”实现所有测温数据的采集、显示、存储及自动报警，该软件支持测温信息电子地图显示、运行日志查询、报表打印、多条件报警设定（高温预警、高温报警、温升速率报警、区域温差报警等），一旦开关柜静触头出现过温过热，可自动控制声光报警器动作，并将相应的开关柜过温过热报警信息自动发送到管理人员的手机上。
通信室与主控制室通过内部局域网连接，放置在通信室的后台工作站可查看到开关室内20面开关柜触头温度的运行状态，包括当前温度、实时温度曲线、历史温度曲线、在线测温系统的运行日志和管理维护信息。
目前，该系统已经正常运行了2年时间，并已经成功监测到9次因开关柜动触点和静触点接触不良而引起的温度异常波动，并发出了报警信息。故障处理后，系统显示该测点温度恢复正常。本系统经受住了变电所实际环境的考验，实践证明其具备长期稳定的性能，能准确监测电力开关柜内温度的变化情况，减少了变电站中因故障造成的损失。系统可与站内的管理网络相连，实现信息的共享，提高了变电站的安全性和经济性。
二、产品详细介绍
1）、 系统概述
电力系统正向着大电网高可靠性、高自动化水平的方向迅猛发展。对电网运行自动化、智能化的监控水平已成为国内外高度重视的关键问题。随着社会用电量的日益增加，承载着大负荷输送任务的高压电气设备如变压器、互感器、高压开关柜、室外刀闸等电力负载也在迅速增加。电网中众多高压电气设备本身、设备之间的联接点是电力输送最薄弱环节，这个薄弱环节的实质问题就是联接点发热。随着负荷的增大，导致联接点发热并形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化、电阻增大、再度升温直至酿成事故。因此，电力系统不惜人力、财力，采取多种措施监测高压联接点的温升。据国家电力安全事故通报统计，我国每年仅发生在电站的电力事故，40%是由高压电气设备过热所致。因此监测高压设备联接点温升是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。
RCTM2-6无线测温系统是专门设计用于高压带电体的运行温度实时监测，该系统采用前沿的ZigBee组网技术设计，实现了高压带电体温度远距离遥测。本产品密封性能良好，室内外均可安全使用。系统具有低功耗、等电位测量、数据无线传输、精度高、响应速度快、操作灵活、组网方便等优势。
2）、技术参数
|
技术参数
|
|
供电电源
|
AC/DC220V
|
|
频段
|
2.4-2.483GHz
|
|
通讯协议标准
|
IEEE 802.15.4
|
|
温度传感方式
|
ZIGBEE无线传输
|
|
测温方式
|
数字温度传感器直接接触测温
|
|
测温通道
|
单机标配6个无线温度传感器；最多支持254个温度传感器
|
|
仪表工作环境温度
|
-40℃~250℃
|
|
仪表工作环境温度
|
≤95%RH
|
|
电池使用寿命
|
5年
|
|
通讯接口
|
RS-485（光电隔离）
|
|
无线温度传感器与接受装置间距离
|
50-200米(考虑环境因素)
|
|
RS-485通讯距离
|
<200米
|
|
温度测量范围
|
-20～125℃
|
|
温度传感器精度
|
±0.05
|
|
分辨率
|
±0.5℃
|
|
传感器耐受温度
|
300℃
|
|
安装方式
|
嵌入式盘装
|
3）、系统功能
本系统由测温装置和温度分析组态软件两部分构成
本产品采用先进的数字感温电子元件与无线传输方式相结合。将温度传感器紧贴到高压设备、母线或电缆接点、断路器触头等位置，安装快捷方便，直接测量温度。利用2.4G的zigbee射频技术传递温度信息，实现了传感器和被测点等电位，安全可靠。传感器由高能锂电池供电，寿命长达5年（正常工况）。监测仪配有液晶显示器实时显示所有被测点温度，超温告警时有常开和常闭两组信号节点输出（定制）。装置具有标准RS485串行通信口，可直接与上位计算机相联组成本地温度监测网络。还可以通过局域网或GPRS移动通信网将所有数据上传监控中心，组成大范围的远方温度监测网络。并提供上位机接收、存储、打印、数据分析程序软件。也可以通过综自将数据上传。
我公司生产的RCTM2-6无线测温系统是基于目前最先进的ZigBee技术的无线测温系统。射频标准符合IEEE802.15.4。使用2.4G的免申请频段。直接序列扩频（DSSS），采用AES128加密标准，抗干扰能力更强。极低的传输功率保证了电池的最长使用寿命。无障碍最远传输距离为300米。传输速率为250kbps。整个系统由无线温度传感器、监测装置（接收装置）和后台监控组成。
温度传感器由感温元件、MCU和RF收发模块组成，完成测量温度和数据发送的功能。温度传感器安装在断路器的动触头或静触头、母排、电缆连接处等高压开关柜内的任何位置，安装时可用高温尼龙扎带或采用导热胶粘结等方法将其固定。温度传感器到监测装置为无线数据传输。监测装置由MCU、RF收发模块、RS485口等组成，完成数据接收、显示、上传和报警等功能。
每个开关柜配1套监测装置，一套监测装置可带1至18个温度传感器，超温时有报警节点（定制）输出。每个站最多可接128套监测装置。
监测装置可通过标准RS485口将数据传至当地主控室后台计算机，计算机安装单机版分析监测软件。对于无人置守的变电站，可将数据传至局服务器，服务器安装网络版分析监测软件。
4）、后台智能管理系统软件功能
系统监测管理软件用来实现相关的操作和监测，并可灵活定义软件功能。上位机软件具有一下基本功能：
1. 设备登陆密码分级管理功能。
2. 系统提供电力系统元件的绘制功能，能够方便的绘制变电站的系统主接线示意图，并对应各监测点。
3. 系统提供远程设备管理功能（包括远程更改设备地址、远程更改温度门限、远程更改设备接收温度传感器的数量及远程对系统运行工况的诊断等）。
4. 系统提供温度变化率和温度越限报警。
5. 系统提供多种图形方式下的历史数据趋势分析，分析图可以保存。
6. 系统具有表格输出功能：输出内容包括实时数据、历史数据及报表、设备参数表、报警点一览表等等，并可保存。
7. 系统提供灵活的打印功能。
8. 系统提供短信报警功能。（选配）
9. 系统具备自检功能。
1．主界面：
具有直接显示实时温度数据功能。保证数据的准确性，可靠性，和实时性
2．报警功能
如监测点出现报警，将自动弹出报警界面。
系统提供声、光报警，此时越限监测点红色或黄色显示，同时弹出事件列表，出现闪烁的报警提示。
3．历史事件功能
系统提供历史事件的查询和管理界面。
4．趋势图功能：
可查询某个时间段的历史数据，并绘制曲线，以图形化的方式反映状态量的变化情况
5．统计报表功能
报表统计类型分为日统计、月统计和年统计。
5）、应用范围
本系统主要应用于监测电网中高压电器设备易发热部件：
1.10KV、35KV高压开关柜的动静触头及柜内各种接点温度的在线监测；
2.地下电缆沟内的高压电缆接头及其他高压易发热部位温度的在线监测；
3.电站主变温度在线监测；
4.发电厂变电设备和电缆沟内电缆接头温度的在线监测。
|
