淺談無(wú)源供電測溫在線(xiàn)監測系統功能與應用

摘  要： 針對開(kāi)關(guān)柜等發(fā)熱設備的監測 ，傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性和穩定性方面不能滿(mǎn)足現場(chǎng)實(shí)際使用需求 ，造成了設備監測缺乏相應的技術(shù)手段以及實(shí)施成本較高等問(wèn)題。本文針對無(wú)源供電無(wú)線(xiàn)測溫在線(xiàn)監測系統進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā) ，提出了一種基于聲表面波技術(shù)的測溫技術(shù) ，在變電站進(jìn)行了實(shí)踐和應用。

關(guān)鍵詞： 設備檢測 ；無(wú)線(xiàn)測溫 ；變電站
 
0 引言
電力系統設備在長(cháng)期的運行中 ，往往容易產(chǎn)生老化或過(guò)熱現象 ，這些現象如果沒(méi)有及時(shí)發(fā)現和解決 ，可能會(huì )造成嚴重的事故。而對于變電站設備的維護和監控 ， 往往由于地理位置偏遠 ，管理人員不能面面俱到 ，巡檢和維護的難度較大。因此 ，通過(guò)自動(dòng)化來(lái)實(shí)現遠程監控和預警系統就變得十分必要 ，也成了管理人員的重要手段。
傳統的測溫方式在絕緣性能、安裝方式、可靠性穩定性以及實(shí)施成本上存在各種各樣的問(wèn)題。無(wú)源供電無(wú)線(xiàn)測溫在線(xiàn)監測系統提出了一種基于聲表面波（SAW） 的全新的測溫技術(shù)。
 
1 系統建設的意義
通過(guò)無(wú)源供電無(wú)線(xiàn)測溫在線(xiàn)監測系統的應用，將實(shí)現以下應用功能。
a.實(shí)現設備運行溫度實(shí)時(shí)監測。無(wú)源供電無(wú)線(xiàn)測溫在線(xiàn)監測系統為有效消除電網(wǎng)因開(kāi)關(guān)柜因過(guò)熱帶來(lái)的安全運行隱患提供了有效的技術(shù)手段 ，解除由此造成經(jīng)濟危害和社會(huì )損失的可能。
b.輔助實(shí)現設備的狀態(tài)檢修。傳統的檢修模式 ， 對于設備故障的維護 ，往往是通過(guò)定期的巡檢來(lái)發(fā)現和解決 ，特別是對于偏遠地區的維護時(shí)間和周期較長(cháng) ，往往不能及時(shí)解決。通過(guò)建立在線(xiàn)監測系統 ，可以對設備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監控和預警 ，新了變電站的設備的維護模式 ，將加有效的保障設備安全穩定運行。
c.為科學(xué)調度提供參考依據。建立溫度與負荷的關(guān)聯(lián)分析模型 ，根據負荷情況預測溫度變化趨勢 ，為負荷控制提供決策依據。電力設備的狀況可能會(huì )對整個(gè)電網(wǎng)的情況造成較大影響 ，并且能反映出電網(wǎng)的運行情況和負荷等。因此 ，對電力設備狀況的研究和監控 ，將有助于電力系統的整體運行和輔助決策。
 
2 系統實(shí)現
2.1系統組成
在線(xiàn)監測系統主要由溫度傳感器、溫度采集器、測溫主控終端和監控應用系統組成。溫度采集器的作用是進(jìn)行變電站設備刀閘、開(kāi)關(guān)等接觸點(diǎn)的溫度采集 ，溫度采集器根據需要布置在多個(gè)點(diǎn)位上。溫度傳感器將多個(gè)開(kāi)關(guān)柜的多個(gè)點(diǎn)采集到的溫度數據進(jìn)行匯總 ，并將數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸到測溫主控終端 ，在測溫主控終端上再通過(guò)監控應用系統進(jìn)行數據的存儲、統計、分析和預警等應用。
2.2溫度傳感器
溫度傳感器是通過(guò)聲表面波原理 ，在設備表面接受到信號后 ，利用材料的物理特性將信號轉換成電信號。通過(guò)安裝在設備表面的溫度采集器進(jìn)行溫度數據的采集和溫度傳感器的反射波的接收 ，可以獲得連續的、穩定的實(shí)時(shí)溫度數據 ，為下一步的數據分析提供原始數據。
2.3溫度采集器
溫度采集器和溫度傳感器是對應的 ，溫度采集器負責發(fā)射射頻信號 ，溫度傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信負責處理該信號 ，并上傳到主控終端。
溫度采集器的發(fā)射頻率為428 ～ 439MHz，發(fā)射信號為單頻信號，不同的頻率代表不同的信號。信號接收后，通過(guò)信號的放大、濾波等處理后 ，轉換成可以識別的電信號 ，從而獲得溫度參數。
2.4測溫主控終端
測溫主控終端是無(wú)源供電無(wú)線(xiàn)測溫在線(xiàn)監測系統的核心設備 ，主控終端是對采集到的數據的后期處理 ，包括數據存儲、數據分析和數據統計、溫度告警、數據轉發(fā)、參數設置及協(xié)議轉換。下行通過(guò)CAN總線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式與溫度采集器連接，獲得所連接傳感器的溫度信息。根據設定的參數 ，分析溫度信息以確定是否產(chǎn)生告警信息；上行與主站系統的通訊采用RS485接口，并按照一定的規約，以實(shí)現數據的傳輸。
2.5監控應用系統
監測系統的應用包括系統的設備參數設定、溫度信息的獲取和數據的分析應用和系統預警等。這些功能往往可以作為嵌入電力系統自動(dòng)化系統中 ，作為一個(gè)模塊作為應用 ，也可以作為一套獨立的系統 ，用于溫度的監測和預警。這些功能都將對多臺電力設備的狀況監測一體化 ，有助于設備管理人員了解分析狀況 ，保證設備的正常運作。
2.6系統功能設計
a.溫度顯示。對于設備各點(diǎn)的溫度實(shí)時(shí)顯示 ，溫度的發(fā)展趨勢和曲線(xiàn) ，查看分析歷史記錄 ，該顯示可以通過(guò)電力系統 SCADA 系統中實(shí)現 ，也可以通過(guò)主控終端外接的顯示屏幕顯示。
b.報警功能。報警功能是通過(guò)測溫主控終端的設定 ，按照現場(chǎng)管理需求 ，對溫度界限、值等進(jìn)行管理 ，在溫度超過(guò)設定值 ，進(jìn)行預警 ，預警的方式包括主控終端蜂鳴預警、指示燈閃爍預警和短信息預警等。
c.設備參數設定。設備參數的設定包括對傳感器溫度校準、預警溫度設定、發(fā)射和接受信號的頻率設定以及系統時(shí)間等功能。
綜合分析。綜合分析功能是對設備的溫度進(jìn)行故障分析、歷史趨勢分析以及數據進(jìn)行統計應用等高級應用功能，專(zhuān)家系統將為管理者提供設備故障分析結果， 供參考和輔助決策。
遠程維護。系統的遠程維護功能是對系統的故障數據分析統計結果的基礎上 ，實(shí)現的遠程運行維護 ， 可以對設備的初始化、重啟以及系統升級等。
2.7 通信方式
溫度采集器：通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式采集開(kāi)關(guān)柜內一組傳感器的溫度數據，其安裝位置沒(méi)有特別的要求，以方便取電、走線(xiàn)為原則，如開(kāi)關(guān)柜的儀表室。
測溫主控終端：安裝在變電站主控室或其他方便與采集器進(jìn)行通信的場(chǎng)所 ，提供所有站內溫度采集裝置與本地主站系統或遠程監控系統的統一的通信接口及協(xié)議轉換。
站內各溫度采集器、測溫主控終端均配置無(wú)線(xiàn)通信模塊 ，它們通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信信道進(jìn)行數據交換，變電站內無(wú)需布線(xiàn)。
 
3 安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫系統介紹
安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫監控系統是根據當無(wú)線(xiàn)測溫系統的要求，在廣泛征求用戶(hù)和專(zhuān)家意見(jiàn)的基礎上,充分吸收當國內外廠(chǎng)家的成功案例，并結合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)而設計的一款專(zhuān)業(yè)的無(wú)線(xiàn)測溫軟件。
3.1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統結構
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通信（如圖1），系統設計遵循標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能?？梢员O控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。
 
圖1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統結構圖

3.2 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統功能
■實(shí)時(shí)監測
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示各測溫節點(diǎn)的溫度數據及有關(guān)故障、告警等信息
■溫度查詢(xún)
溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）
■運行報表
查詢(xún)各回路設備運行溫度報表.
■實(shí)時(shí)報警
壁掛式無(wú)線(xiàn)測溫監控設備具有實(shí)時(shí)報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。
■設備提供以下幾種方式：
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警.
C.短信吿警，可以向手機發(fā)送吿警信息短信.
■歷史告警査詢(xún)
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。
■用戶(hù)權限管理
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。
通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
■定值設置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB（可選）
展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數量、回路個(gè)數、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)可監測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。
接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。
能耗統計頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線(xiàn)，電能環(huán)比，用電。
運維管理\通信狀態(tài)顯示監測接入系統設備的通信狀態(tài)。
■手機APP（可選）
設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫 度數據以及曲線(xiàn)。
3.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線(xiàn)測溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫方案由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無(wú)線(xiàn)測溫系統（如圖2）。
 
圖2 電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫結構圖

3.3.1 安科瑞無(wú)線(xiàn)溫度傳感器
無(wú)線(xiàn)溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。
 

 
3.3.2 安科瑞無(wú)線(xiàn)收發(fā)器
無(wú)線(xiàn)測溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

 
3.3.3 安科瑞顯示終端
顯示裝置通過(guò)RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開(kāi)孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場(chǎng)及時(shí)查看電氣節點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統查看現場(chǎng)情況。
 
 
 

 
 
4 結論
無(wú)線(xiàn)溫度傳感裝置及配套管理系統 ，溫度測量傳感器無(wú)需供電 ，從而減少了日常檢測維護成本。該配套管理系統提供溫度異常告警、實(shí)時(shí)設備溫度采集、日常溫度監測、設備狀態(tài)評估等功能 ，避免重大因溫度導致的故障的發(fā)生。系統的研究和實(shí)施產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益 ，具有一定的推廣景。
 
【參考文獻】
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