20年專注電力設備安全在線監(jiān)測研究
微型電力無源無線測溫 
開關柜智能操控裝置 
無線測溫采集終端DC 
無線傳輸紅外熱成像測 
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冶金集團開關柜無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)技術方案書
來源：正瑞電子
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發(fā)布日期：2018-12-21
現(xiàn)代社會對電能的依賴性極高，用電密度越大的地區(qū)對電的依賴性越高，因而對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求。
變電站的高壓開關柜是最重要的電氣設備之一。在設備長期運行過程中,開關柜中的動、靜觸頭等部位會因制造、運輸、安裝不良及老化引起接觸電阻過大而發(fā)熱，如果這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，得不到及時檢修，則最終會導致火災事故的發(fā)生。近年來，在發(fā)電廠和變電站已發(fā)生過多起開關柜過熱，造成火災和大面積的停電事故。這些現(xiàn)象在大電流開關柜如進線柜上尤為突出，且影響極大。為避免此類事故的發(fā)生，安裝一種能即時監(jiān)測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切.
通過監(jiān)測開關柜內觸頭溫度的運行情況，可及時有效地防止開關柜的火災發(fā)生。
但由于開關柜全封閉運行，內部空間狹小且具有裸露高壓，無法進行人工巡查測溫，因此實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保障高壓開關柜安全運行的重要手段。
高壓測溫需通過無線傳輸實現(xiàn)傳感器與低壓部位安裝的監(jiān)測儀表高壓隔離，因此處于高壓端的傳感器，其工作供電是需要解決的一個難題。
傳統(tǒng)無線測溫系統(tǒng)廠家均采用電池供電方式，該方式高溫下電池壽命大大降低，實際壽命很不確定。大量使用，需頻繁停電更換電池，后期維護成本高；存在安全隱患，電池長期處于高溫下存在液體滲漏或爆炸危險；直接影響一次系統(tǒng)安全；為了減少功耗，數(shù)據(jù)提取間隔時間長，實時性差。
山東正瑞電子有限公司發(fā)明的新型無線測溫傳感器，不含任何電池，采用感應供電方式解決了高壓端的無線傳感器供電問題。
開關柜觸頭測溫方式分為3種：感應供電無線測溫和電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。
（一）感應供電測溫的特點：
1、溫度巡檢速度快，巡檢周期短，采樣周期為5-10秒，發(fā)射周期同樣為5-10秒，能及時發(fā)現(xiàn)運行中的溫度異常，及時報警，能真正起到報警的作用。
2、 無需更換電池，免維護。特別是常年不能停電的重要設備，運行壽命達10年以上無需維護。
3、 隨著技術的發(fā)展，測溫的電流門檻值在不斷減小，目前已經(jīng)做到啟動電流為3A。對于開關柜的觸頭接觸電阻來說，小于3A引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象可以忽略。
（二）電池供電測溫的特點：
1、采用以色列電池，耐高溫，但高溫或低溫下能量損失快造成壽命變短。
2、電池方式傳感器不適合在動觸頭上安裝。因為傳感器電池盒為突出物體，與高壓觸臂接觸，為高壓等電位。在落灰情況下，傳感器外殼形成高壓電極，極易形成高壓放電，引起二次事故。(因此南網(wǎng)公司已經(jīng)不建議使用電池方式觸頭測溫。)
3、電池能量非常有限，因此各廠家不得不采取延長采樣周期的方法來延長電池壽命。一般情況下，每隔5分鐘采樣一次并且室溫條件下的壽命為不到1年；每隔1小時采樣的壽命為1年半-2年，在大負荷發(fā)熱情況下（正常情況）則壽命迅速衰減。盡管各廠家采取減少無線發(fā)射的各種措施，仍然難以有好的改觀。（注：以色列電池在無任何負載放電情況下的常溫存儲時間為小于8年）
4、采樣周期的延長，對于運行中的事故前兆-溫升來說是致命的，極易在傳感器休眠期間被忽略，從而喪失了最關鍵的初次報警時機。
5、電池在消耗到不足以支持傳感器運行時，往往發(fā)出誤報警，造成運行人員誤判。此時會給運行人員造成巨大工作壓力。
（三）紅外測溫方式特點
1、紅外測溫方式為非接觸式測溫，傳感器安裝在柜壁上，由采集儀表供電，無需考慮供電問題。
2、紅外測溫由于紅外器件本身發(fā)熱的物理原因，會引起測溫過程中溫度漂移（即溫漂），造成數(shù)據(jù)誤差較大，引起誤報警。這是目前尚無法解決的。
3、紅外測溫傳感器只能安裝在母線倉和出線倉，照射銅排，測量銅排溫度，不能很好的反應觸頭發(fā)熱情況。
4、安裝后，由于母線難以停電，因此無機會進行維護維修。
5、制造成本高，造成投資稍高。
2.1 總體結構
2.2 無線溫度監(jiān)測器
連續(xù)監(jiān)測高壓開關柜內觸頭的運行溫度，由數(shù)字顯示屏循環(huán)顯示出每個帶電觸頭的溫度值，可確定觸頭的過熱程度，當發(fā)生超溫時，儀器發(fā)出報警指示。并可將溫度值通過RS485接口傳到計算機作進一步數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)開關柜溫度的集中監(jiān)測。
2.3 無線溫度傳感器
無線溫度傳感器用于測量高壓開關柜內的裸露觸點、母線連接處和小車觸臂內的運行溫度。無線溫度傳感器是由溫度傳感器件、信號處理及無線發(fā)射器、感應電源三部分組成。
溫度傳感器具有小巧的體積，當與被測物體表面直接接觸時，能保障快速測量溫度的變化，并將溫度變化的信號傳到信號處理及無線發(fā)射器，進行信號處理并將處理后的信號通過無線傳輸?shù)綔囟葯z測器。感應電源由感應電源組成，感應電源采用小CT磁飽和技術由一次電流感應出電源，將其安裝在開關柜觸頭上，當開關柜負荷電流在3A以上時，感應電源即可感應提供給傳感器穩(wěn)定的工作電壓。
3.1、需溫度監(jiān)測的開關柜分布情況
現(xiàn)場需要對開關柜動觸頭進行在線溫度監(jiān)測，當溫度過高或溫升過快時通過本地監(jiān)測器和監(jiān)控中心軟件報警。需監(jiān)測溫度開光柜高配站和總降站合計 75臺 ；
110KV總降站需監(jiān)測溫度開關柜44臺；（數(shù)量情另行核實）開關柜分配位置如下：
高配站需溫度監(jiān)測開關柜統(tǒng)計：
1) 動力中心：2臺進線柜；
2) 閃速熔煉：2臺進線柜；
3) 一期硫酸：2臺進線柜 ；
4) 渣選 ：3臺進線柜，4臺磨機；
5) 二期硫酸：2臺進線柜，SO2風機一臺 ；
6) 閃速吹煉：2進線柜；
7) 凈液：2臺進線柜；
8) 二期電解：2臺開關柜；
9) 一期電解：2臺進線柜，2臺整流柜；
10) 二期制氧 ：2臺開關柜；
11) 一期制氧：2臺進線柜，1臺空壓機開關柜；
3.2、各站點數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡情況
總降站與調度中心具有光纖通信網(wǎng)絡交換機，調度中心可以通過網(wǎng)絡監(jiān)控總降站及各高配站的開關柜運行溫度。
總降站與各高配站之間具有光纖網(wǎng)絡連接的有動力中心、閃速熔煉、一期硫酸、渣選、二期硫酸、閃速吹煉、凈液、二期電解、一期電解、一期制氧，共十個高配站。
二期制氧與總降無光纜，需要布設300米光纜。
一期制氧需要增加交換機。
3.3 總降站及各高配站現(xiàn)場均需要環(huán)境溫濕度遠程監(jiān)測。
3.4 實現(xiàn)開關柜在線測溫溫濕度監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過光纖通信網(wǎng)絡，上傳到總降站監(jiān)控服務器，調度中心實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
3.1 系統(tǒng)結構圖
3.2 系統(tǒng)說明
3.2.1無線溫度傳感器
在開關柜小車的6個動觸頭后側的觸臂上安裝無線溫度傳感器和感應電源，感應電源在開關柜有電流通過時感應出能量給無線溫度供電，無線溫度傳感器將測得的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給無線溫度監(jiān)測器。
3.2.2無線溫度監(jiān)測器
每臺無線溫度監(jiān)測器可以同時接收128個傳感器的溫度數(shù)據(jù)并通過液晶屏循環(huán)顯示，具有RS485上傳接口；現(xiàn)場無線溫度監(jiān)測器通過RS485網(wǎng)絡并聯(lián)，并通過RS485/網(wǎng)絡接口轉換器轉換為RJ45接口的以太網(wǎng)信號，連接到現(xiàn)場中電網(wǎng)絡交換機，通過TCP/IP協(xié)議上傳到總降監(jiān)控主機。
3.2.3 環(huán)境溫濕度傳感器
每個開關室安裝一個溫濕度傳感器，監(jiān)測環(huán)境的溫濕度，具有485接口，溫濕度數(shù)據(jù)通過485接口并入到無線測溫RS485網(wǎng)絡上。
3.2.4 RS485網(wǎng)絡轉TCP/IP網(wǎng)絡
每個開關站的無線溫度監(jiān)測器組成現(xiàn)場RS485總線網(wǎng)絡，通過RS485/網(wǎng)口進入現(xiàn)場中電網(wǎng)絡交換機。
3.2.5 總降站監(jiān)控主機服務器
在總降站安放總降監(jiān)控主機服務器，安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件服務端Server，監(jiān)控主機具備雙網(wǎng)口，向下網(wǎng)口連接總降站中電網(wǎng)絡交換機，通過中電網(wǎng)絡采集各高配站溫度與濕度數(shù)據(jù)并存儲實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并對溫度實時數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)超溫報警。
向上網(wǎng)口連接到調度中心的光纖網(wǎng)絡交換機，調度中心監(jiān)控主機可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)，查詢報警事件。
3.2.6 調度中心
在調度中心安放監(jiān)控主機，該主機運行客戶端監(jiān)控軟件Client，可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)，查詢報警事件。
4.1 無線溫度傳感器
測溫范圍：-30℃~+200℃
測溫精度：±0.5℃
供電方式：感應取電；
安裝位置：斷路器觸臂動觸頭
無線頻率：430MHz；
發(fā)送頻率：10S發(fā)送一次；
4.2 感應電源
輸出電壓：5V
工作最小一次電流：3A；
工作大至一次電流：6000A；
尺寸規(guī)格：φ60mm和自繞兩種；
4.3無線溫度監(jiān)測器
供電電壓：AC220V/DC220V；
溫度顯示：液晶屏顯示；
無線接口：430MHz
上傳接口：RS485串口；
通信協(xié)議：MODBUS_RTU
報警輸出：1個（無源接點）250VAC,0.6A或24VDC,5A
安裝方式：嵌入式安裝
開孔尺寸：90*90mm
4.4 串口/網(wǎng)口轉換器
站間數(shù)據(jù)傳輸要求：TCP/IP網(wǎng)絡通信
站內數(shù)據(jù)傳輸：RS485網(wǎng)絡通信
4.5中心監(jiān)控服務器
主要功能
l 數(shù)據(jù)采集存儲
l 實時溫度顯示
l 溫度超上限報警
l 歷史溫度查詢
l 歷史事件查詢
l 網(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布
l 權限管理
用戶可以輸入密碼，進行界面的修改。系統(tǒng)能自動判斷用戶的權限級別。設置報警溫度值，修改溫度監(jiān)測點顯示樣式。
監(jiān)測主界面顯示當前各測溫點溫度。
如果監(jiān)測站發(fā)生溫度越限，則監(jiān)測站彈出報警提示，并伴有聲音和光標提示報警，當溫度回落到警戒溫度之下后，報警停止。在有監(jiān)測點超溫報警的時候系統(tǒng)靜音功能可以關閉聲音報警。
趨勢圖可以將原始數(shù)據(jù)記錄下來的溫度值繪制成曲線圖，使用戶更直觀的觀察溫度值的變化。
用戶可以查看所有的報警事件，也可以任意查詢各時間段的事件。
5.1 無線溫度傳感器安裝
對應不同的小車斷路器有兩種安裝方式：
5.1.1 對于額定電流小于1250A的斷路器，如果斷路器觸臂有瓷套，將傳感器和感應電源安裝在瓷套內，需要用卡簧鉗將瓷套拆下，裝好后在把瓷套裝上。如果斷路器觸臂上沒有瓷套，在觸臂上安裝完傳感器和感應電源后要用熱縮套管熱縮固定。
5.1.2 對于額定電流大于1250A的斷路器，將無線溫度傳感器捆扎在觸臂上，感應電源的磁芯用硅鋼片現(xiàn)場繞制，最后用熱縮套管熱縮。
安裝圖：
5.2 溫濕度傳感器安裝
溫濕度傳感器安裝在開關柜二次艙面板上，監(jiān)測環(huán)境溫濕度，并入無線溫度監(jiān)測器的數(shù)據(jù)上傳RS485網(wǎng)絡，電源從開關柜內取交流220V。
5.3無線溫度監(jiān)測器安裝
無線溫度傳感器安裝在柜面上，開孔尺寸為90mm*90mm；電源從開關柜內取，交直流220V都能接入，RS485上傳接口采用屏蔽雙絞線，組網(wǎng)采用串行總線結構，星形總線需要加RS485集線器。
正面圖圖 反面圖
5.4 RS485串口/網(wǎng)絡轉換器安裝
安裝在交換機柜內，串口端接入連接無線溫度監(jiān)測器的RS485總線，網(wǎng)口端通過網(wǎng)線接入交換機，通過設置軟件設置器網(wǎng)絡端IP地址和掩碼。
5.5 總降中心監(jiān)控服務器安裝
采用雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡與各高配站RS485串口/網(wǎng)口轉換器通信獲取現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，一網(wǎng)卡接入調度中心網(wǎng)絡，方便調度中心查看監(jiān)測開關柜溫度。
監(jiān)控服務器安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件，軟件監(jiān)控畫面根據(jù)現(xiàn)場情況組態(tài)。
5.6 施工方案。
每臺開關柜安裝6個無線溫度傳感器和6個感應電源，每5臺相鄰開關柜可供用一個無線溫度監(jiān)測器。
兩人配合施工，安裝時間控制在40分鐘以內。一人安裝傳感器，一人開孔安裝溫度監(jiān)測器。
最后要把上傳總線穿到電纜夾層預留，待站內所有開關柜安裝完畢后，將總線連接起來，布設到站內的網(wǎng)絡交換機處。
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