虞楊芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:在高壓變電站中,由于設(shè)備老化以及輸變線路的接頭溫度過高,常常會引發(fā)火災(zāi)或者爆炸等事故。傳統(tǒng)的人工溫度測量不僅勞動強度大,而且容易出現(xiàn)漏測、誤報等現(xiàn)象,無法實現(xiàn)對高壓變電站的有效保護。因此,本文將無線通訊技引入到高壓變電站的溫度測量當(dāng)中,重點對無線測溫預(yù)警系統(tǒng)進行分析,試圖為之提供行之有效的可行性建議。
關(guān)鍵詞:變電站;無線測溫;預(yù)警系統(tǒng);設(shè)計研究
0引言
高壓變電站是電能變換、分配的重要場所,同時也是發(fā)生火災(zāi)、爆炸等事故的高危場所。通常情況下,高壓變電站輸變線路的接頭溫度范圍在20℃~30℃之間為正常狀態(tài);如果母線接頭溫度達到60℃~70℃時,則處于警戒狀態(tài);超過60℃~70℃,就會引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸。一旦出現(xiàn)這些事故,不僅會給高壓變電站自身帶來巨大的破壞,而且還會影響電力輸送的正常運行。為了確保電能的傳輸質(zhì)量以及設(shè)備的,對高壓變電站進行溫度的實時監(jiān)測和預(yù)警,就成為了電力工作者所關(guān)注的焦點問題。傳統(tǒng)的測溫工作主要依賴于人工,測溫的準確度和測溫效率難以保證。本文主要研究的是無線測溫系統(tǒng),通過無線設(shè)備對設(shè)備內(nèi)的每個節(jié)點進行溫度測量,不僅可以有效地提高測量,而且操作簡單易于維護,能夠?qū)崿F(xiàn)對高壓變電站溫度的在線測量和監(jiān)控。
1無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的特點
無線測溫系統(tǒng)主要作用是進行實時的在線溫度測量和預(yù)警。常用于較為惡劣的工作環(huán)境中,該設(shè)備的特點是安裝簡單、檢測精度高,尤其對高壓電氣設(shè)備的溫度測量有著良好的效果。高壓變電站無線測溫語境系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)合了智能溫度傳感器、超低功耗單片機、無線收發(fā)模塊以及電源管理器,通過對高壓變電站進行定時測溫并且與設(shè)定的高溫度閥值進行對比分析,從而判斷無線收發(fā)模塊的啟停。在設(shè)計過程中還采用了雙電源的管控技術(shù),在不需要測溫的情況下,設(shè)備內(nèi)的所有核心部件都保持休眠狀態(tài)。高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖-1所示:
圖-1高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計
從上文分析中,可以得出高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的主要部件是傳感器和數(shù)據(jù)采集器,其中核心技術(shù)是超低功耗的單片機,并且通過多節(jié)點的模式實現(xiàn)了對高壓變電站低功耗、高性能的無線測溫。以下就對高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計進行詳細分析:
2.1硬件設(shè)計
本文研究的無線測溫預(yù)警系統(tǒng)主要是由溫度傳感器、超低功耗單片機、無線收發(fā)模塊、電源管理芯片、外圍電路以及高能電池組成。其中溫度傳感器的測量度可以達到0.5℃,而且用戶可以根據(jù)實際情況自行轉(zhuǎn)換分辨率以及設(shè)定溫度超標預(yù)警的上下閥值,并且能夠長期保存;超低功耗單片機則采用的是超低功耗的16位混合信號處理器,該處理器可以在1.8~3.6V的電壓下工作,而且可以根據(jù)不同的工作模式降低耗電電流,此外單片機憑借其豐富的尋址方式、大量的寄存器和簡潔的操作指令,可以獲得較高的處理能力和速度;無線收發(fā)模塊是一種理想的彈片收發(fā)器芯片,適用于多點通訊方式,其發(fā)射功率可達到10mW,該模塊的特點是傳輸距離較遠,無線信號的傳輸距離可以達到600~800m,而且采用高效的前向糾錯信道編碼技術(shù),具有較高的抗干擾能力和低誤碼率;電源管理芯片在測溫設(shè)備超低功耗方面也有非常重要的作用,MAX1726芯片可以提供1.8V、2.5V、3.3V、5V的輸出電壓,它不僅是一種低漏失的線性調(diào)節(jié)器,同時還可以提供超低電流,大限度的延長了電池的使用壽命。電源管理芯片也可以提供200mA的超低電流,主要用作電池組供電,起到反相電池保護、短路保護、高溫保護以及提高電池的使用壽命。
2.2電路設(shè)計及雙電源管理技術(shù)
高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)采用的是雙電源管理技術(shù),分別對智能溫度傳感器和無線收發(fā)模塊進行管理,在降低功耗的同時可以提高傳感器的使用壽命。由于溫度傳感器、超低功耗單片機以及外圍電路的工作電流較小,因此在電路設(shè)計的過程中,主要采用3.6V,3000mA的電池進行供電,該電池的大持續(xù)放電電流和大脈沖放電電流分別可以達到150mA和300mA,按照80%的電池使用率計算,平均壽命可以達到兩年以上。通過單片機的控制對當(dāng)前不需要工作的部件進行斷電保護,有效的提高了電量的使用率。此外,為了有效的延長高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的使用壽命,在滿足設(shè)備工作頻率的前提條件下,可以選擇較小的工作頻率來降低單片機的功耗,而且在外圍電路的設(shè)計和器材選擇等方面,也需要強調(diào)能耗問題。
2.3軟件設(shè)計
在降低無線測溫預(yù)警系統(tǒng)的功耗方面,除了需要將CPU系統(tǒng)設(shè)定為省電模式外,還需要在軟件方面進行低功耗的設(shè)計。高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)軟件程序設(shè)計框圖如下所示:
圖-2高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)軟件程序設(shè)計框圖
該軟件的工作步驟為,對系統(tǒng)的實際需求進行分析;對系統(tǒng)的功耗進行分析;結(jié)合實際需求和功耗的分析結(jié)果,設(shè)計程序(程序設(shè)計采用中斷喚醒的模式);采用限度的數(shù)據(jù)保存形式,確保程序進入休眠狀態(tài);各個功能模塊相互獨立,內(nèi)部功耗保持平衡穩(wěn)定;將模塊間的交換信息設(shè)計成中斷喚醒方式,調(diào)試好后進行功耗考核。
3安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹
3.1概述
開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于470MHz無線測溫技術(shù)開發(fā)的針對開關(guān)柜進行測溫的系統(tǒng),可對開關(guān)柜分別為母線排、上下觸頭、電纜接頭,柜體表面等部位溫度進行實時監(jiān)測,方便運維人員及遠程監(jiān)控掌握現(xiàn)場設(shè)備運行情況。
3.2應(yīng)用場所
變電所,配電室,箱變等
配電室箱變數(shù)據(jù)機房
3.3系統(tǒng)架構(gòu)
開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通訊終端(溫度顯示儀)、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站三部分組成,
3.4系統(tǒng)功能
3.4.1實時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。
3.4.2溫度查詢
溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選):
3.4.3運行報表
查詢各回路設(shè)備運行溫度報表。
3.4.4實時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能,設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設(shè)備提供以下幾種告警方式:
1)彈出事件報警窗口。
2)實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。
3)短信警告??梢园l(fā)送告警信息短信。
3.4.5歷史告警查詢
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析。
3.4.6用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如數(shù)據(jù)庫修改等)??梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
3.4.7定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
WEB,手機APP(可選):
通過手機APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息,設(shè)備溫度、通信狀態(tài),用電分析和事件記錄。
3.5.產(chǎn)品選型
3.5.1無線測溫傳感器選型
3.5.2收發(fā)器選型
3.5.3測溫通訊終端(溫度顯示儀)選型
3.6典型配置方案
3.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫(單柜就地顯示)
a)配置方案
說明:ARTM-Pn通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收60只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b)安裝實例
ARTM-PnATE100接點測溫ATE200母排測溫ATE400斷路器觸頭測溫
3.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫帶操顯功能(單柜就地顯示)
a)配置方案
說明:ASD320通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收12只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
b)安裝實例
ASD320ATE200觸頭測溫ATE400母排測溫ATE100M柜體測溫
3.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫(集中就地顯示/就地?zé)o顯示)
a)配置方案
說明:觸摸屏通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現(xiàn)場不需要就地顯示,可以直接通過ATC的RS485接口,把數(shù)據(jù)傳送到值班室的遠程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
b)安裝實例
ATP070ATCATE200接點測溫ATE200電容器表面測溫
3.6.4就地壁掛式集中顯示方案(適用于改造,不方便在柜子上加裝顯示屏的現(xiàn)場)
方案一:Acrel-2000T/A就地集中顯示:
說明:Acrel-2000/A通過RS485接口連接ATC實現(xiàn)開關(guān)柜溫度集中顯示,可接收240只無線溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。
方案二:Acrel-2000T/B就地集中顯示:
說明:Acrel-2000T/B不僅可以通過RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實現(xiàn)集中顯示,還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測溫相關(guān)就地顯示裝置實現(xiàn)集中顯示,同時還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機保護、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進行監(jiān)測。
3.6.5低壓電氣接點有線測溫、變壓器繞組測溫
a)配置方案
說明:ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器,有線連接,Pt100傳感器客戶自配,測量低壓電氣接點時Pt100傳感器需做好絕緣處理。
b)安裝實例
ARTM-8PT100
4結(jié)束語
綜上所述,伴隨著電子技術(shù)、無線電通信技術(shù)以及集成技術(shù)的快速發(fā)展,使得無線資源的應(yīng)用越來越廣泛。尤其是在高壓變電站溫度測量預(yù)警的使用中,為了降低設(shè)備的事故率,需要借助高壓變電站無線測溫預(yù)警系統(tǒng)實現(xiàn)對輸電線路中,輸變線路的母線接頭溫度的實時控制。通過對高壓變電站電力設(shè)備進行在線實時溫度監(jiān)控,有效地降低了傳統(tǒng)溫度測量系統(tǒng)性低、準確性差等問題。伴隨著人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及信號處理技術(shù)的快速發(fā)展,對變電站進行輸變線路的溫度進行在線實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患并進行預(yù)防措施已經(jīng)成為可能。本文主要研究的是無線測溫預(yù)警系統(tǒng),是基于無線傳輸技術(shù)和傳感器技術(shù)的溫度在線實時監(jiān)測系統(tǒng),通過該系統(tǒng)可以有效地確保變電站輸變電線路的正常運行,提升變電站電力系統(tǒng)運行的自動化程度,大限度的降低故障維修次數(shù)。
參考文獻
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[3]安科瑞電氣設(shè)備溫度監(jiān)控解決方案.2021.06月版.
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作者簡介:虞楊芳,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用,