儀器儀表

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，由于設備老化以及輸變線路的接頭溫度過高，常常會引發(fā)火災或者爆炸等事故。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中，重點對無線測溫預警系統(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；預警系統(tǒng)；設計研究

 

       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、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)量以及設備的安全，對高壓變電站進行溫度的實時監(jiān)測和預警，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)，通過無線設備對設備內(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。

 

       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警。常用于較為惡劣的工作環(huán)境中，該設備的特點是安裝簡單、檢測精度高，尤其對高壓電氣設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警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計如下圖-1所示：

圖-1高壓變電站無線測溫預警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

       從上文分析中，可以得出高壓變電站無線測溫預警系統(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警系統(tǒng)的設計進行詳細分析：

2.1硬件設計

       本文研究的無線測溫預警系統(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)換分辨率以及設定溫度超標預警的上下閥值，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*力和低誤碼率；電源管理芯片在測溫設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電路設計及雙電源管理技術(shù)

       高壓變電站無線測溫預警系統(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警系統(tǒng)的使用壽命，在滿足設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計和器材選擇等方面，也需要強調(diào)能耗問題。

2.3軟件設計

        在降低無線測溫預警系統(tǒng)的功耗方面，除了需要將CPU系統(tǒng)設定為省電模式外，還需要在軟件方面進行低功耗的設計。高壓變電站無線測溫預警系統(tǒng)軟件程序設計框圖如下所示：

圖-2高壓變電站無線測溫預警系統(tǒng)軟件程序設計框圖

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，設計程序（程序設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計成中斷喚醒方式，調(diào)試好后進行功耗考核。

 

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)控中心掌握現(xiàn)場設備運行情況。

3.2應用場所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數(shù)據(jù)中心機房

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)控設備具有實時報警功能，設備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出警告。設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?？梢韵蚴謾C號發(fā)送告警信息短信（需選配短信）。

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)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(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、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值設置

     用于修改高溫定值、超溫定值。

     WEB，手機APP（可選）：

     通過網(wǎng)zhi和手機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/就地無顯示）

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

 

       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，使得無線資源的應用越來越廣泛。尤其是在高壓變電站溫度測量預警的使用中，為了降低設備的事故率，需要借助高壓變電站無線測溫預警系統(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)安全性低、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)火災安全隱患并進行預防措施已經(jīng)成為可能。本文主要研究的是無線測溫預警系統(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)。

 

[1]楊紅光.基于物聯(lián)網(wǎng)的無線測溫系統(tǒng)設計[J]山東大學，2013-03-20.

[2]文博，高盛，王昭濱，王開成，于國良.高壓變電站無線測溫預警系統(tǒng)的設計.

[3]安科瑞電氣設備溫度監(jiān)控解決方案.2021.06月版.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06月版.

 

作者簡介：趙娜，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)與應用