電力設(shè)備是將電能平穩(wěn)輸送到千家萬戶的基本保證。10kV高壓開關(guān)柜是整個(gè)配電系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行及優(yōu)良的供電質(zhì)量,都依賴高壓開關(guān)柜的可靠性。因此,急需對(duì)高壓開關(guān)柜的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及日常的正常使用展開系統(tǒng)化和的分析,在不斷實(shí)踐的過程中積累成功的經(jīng)驗(yàn),確??梢酝咨铺幚砀邏洪_關(guān)設(shè)備異常狀況。
本設(shè)計(jì)選用KYN型開關(guān)柜,其中K指鎧裝式金屬封閉開關(guān)設(shè)備,Y指移開式結(jié)構(gòu),N指戶內(nèi)裝置。依照該高壓開關(guān)柜安全運(yùn)行要求,無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)需考慮系統(tǒng)體積、絕緣性能、可靠性能以及經(jīng)濟(jì)成本等方面。因此,這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)共可分為高壓側(cè)發(fā)電端、低壓側(cè)發(fā)電端以及上位機(jī)數(shù)據(jù)處理控制3個(gè)部分。設(shè)計(jì)KYN型開關(guān)柜需要6個(gè)梅花觸頭,同時(shí)需要提供拉按壓數(shù)據(jù)傳輸渠道,因此使用CT互感器作為高壓側(cè)電源,利用溫度傳感器監(jiān)測(cè)觸頭的溫度。該系統(tǒng)能夠感應(yīng)觸頭溫度的變化,如圖1所示。
圖110kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
1.2溫度傳感器的選用
工業(yè)場(chǎng)所中使用的溫度傳感器主要包括熱電偶溫度傳感器、熱電阻溫度傳感器、熱敏電阻溫度傳感器以及集成溫度傳感器4種類型。每一種溫度傳感器都有屬于自己的溫度測(cè)量范圍,可以良好適應(yīng)溫度變化的環(huán)境。考慮到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本與難度,10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)選用溫度傳感器。這是一種集成式溫度傳感器,具有價(jià)格低廉、使用便捷、測(cè)量精度高、測(cè)溫電路簡(jiǎn)單、便于擴(kuò)展以及占用口線較少等優(yōu)點(diǎn)。這種集成式的溫度傳感器能夠?yàn)楦邏洪_關(guān)柜的安全運(yùn)行提供保障。
1.3高低壓測(cè)信號(hào)傳輸方式選擇
為了確保10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,需選擇科學(xué)實(shí)用的無線信號(hào)傳輸方式。常見的無線信號(hào)傳輸方式有藍(lán)牙技術(shù)、IEEE802.11、紅外技術(shù)以及Zigbee技術(shù)等??紤]到這些技術(shù)的抗干擾性能、功耗以及標(biāo)準(zhǔn),選擇藍(lán)牙技術(shù)作為10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的無線信號(hào)傳輸方式。
1.4高壓側(cè)供電方式選擇
實(shí)用的高壓側(cè)電路供電電源需要具備持續(xù)不斷的供電性、較強(qiáng)的抗干擾能力、穩(wěn)定的輸出以及較小的體積。通過研究激光供電、太陽能供電、電池供電以及CT互感電源供電發(fā)現(xiàn),CT互感器電源供電可以切實(shí)滿足高壓側(cè)電路的要求,同時(shí)在使用環(huán)境、應(yīng)用成熟度與結(jié)構(gòu)安全等方面具備較大的使用優(yōu)點(diǎn)。因此,10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)選用CT互感器電源作為供電方式。
2.10kV開關(guān)柜無源無線測(cè)溫系統(tǒng)框架分析
高壓設(shè)備無源無線溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警系統(tǒng)主要由采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)使用樹狀網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)。各級(jí)變電站中的高壓室為一層,將無源無線溫度傳感采集設(shè)備安裝在高壓室中的每一個(gè)封閉式開關(guān)柜內(nèi),主要包含6個(gè)無源無線溫度傳感器和1個(gè)無線測(cè)溫終端機(jī)。將6個(gè)傳感器分別安裝在比較容易發(fā)熱的接觸點(diǎn)位置,如出線接頭、梅花觸頭以及進(jìn)線接頭等。終端機(jī)安裝在開關(guān)柜內(nèi)的低壓室中。二層是變電站。在每個(gè)變電站安置1個(gè)無線測(cè)溫前置機(jī),收集各采集終端機(jī)設(shè)備的數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)打包整體經(jīng)由IP網(wǎng)絡(luò)輸送至巡檢中心。第三層是巡檢中心。每個(gè)巡檢中心需要配置1臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器,以顯示并處理各變電站內(nèi)高壓設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)。如果有必要,各巡檢中心還可以把溫度信號(hào)傳輸至電力公司的主站服務(wù)器。第四層是系統(tǒng)的主站服務(wù)。主站服務(wù)器可以為后臺(tái)服務(wù)人員提供的溫度信息,以便工作人員及時(shí)做出有效的安排與處理。
鎧裝開關(guān)柜電氣設(shè)備無源無線測(cè)溫系統(tǒng)的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度,以保證預(yù)警與報(bào)警雙重功能設(shè)置。同時(shí),這種系統(tǒng)操作簡(jiǎn)潔且數(shù)據(jù)顯示形象多元,具體功能主要由第三層與第四層實(shí)現(xiàn)。它的功能主要包括以下4個(gè)方面。24h監(jiān)測(cè)高壓開關(guān)柜的溫度變化,以及時(shí)對(duì)缺陷故障做出判斷。保存電氣設(shè)備的歷史溫度數(shù)值,便于后續(xù)的比較與分析。統(tǒng)計(jì)分析溫度數(shù)據(jù),同時(shí)繪制相關(guān)的數(shù)據(jù)圖表,便于查看。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度值是否處于高溫預(yù)警狀態(tài)。
3.10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)用
3.1系統(tǒng)調(diào)試
硬件與軟件的調(diào)試將對(duì)10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)自身真正發(fā)揮功能具有關(guān)鍵性作用。因此,相關(guān)人員積重視各功能模塊的調(diào)試。
3.1.1硬件調(diào)試
系統(tǒng)硬件調(diào)試的流程是PCB裸板測(cè)試、上電操作、源調(diào)試以及主芯片硬件調(diào)試,如表1所示。
表110kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)硬件調(diào)試
3.1.2軟件調(diào)試
系統(tǒng)的軟件調(diào)試主要包含溫度采集調(diào)試模塊、藍(lán)牙通信調(diào)試模塊以及LCD顯示調(diào)試3方面內(nèi)容。溫度采集模塊的作用是對(duì)比溫度數(shù)值變化來判別測(cè)溫程序是否正常運(yùn)行。藍(lán)牙通信模塊的調(diào)試主要由兩部分組成:一部分是高壓側(cè)單獨(dú)調(diào)試,以串口助手為支撐,以驗(yàn)證PC接收到的數(shù)據(jù)是否正確;另一部分是對(duì)高壓側(cè)向低壓側(cè)輸送數(shù)據(jù)的調(diào)試,借助串口助手向PC進(jìn)行傳輸以驗(yàn)證其正確性。LCD顯示調(diào)試需要依照控制時(shí)序。10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)真正投入使用,需要完成硬件與軟件的調(diào)試。
3.2具體應(yīng)用
為了驗(yàn)證 10kV 高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的有效性,在經(jīng)常發(fā)生高壓開關(guān)柜發(fā)熱問題的變電站展開應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、溫度初次測(cè)量以及初次軟件測(cè)試后,綜合分析其測(cè)試結(jié)果,評(píng)估變電站應(yīng)用開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)的使用效果。結(jié)合3個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,表明設(shè)計(jì)的10kV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)具有有效性和實(shí)用性,可妥善解決與處理干擾變電站多年的高壓開關(guān)柜發(fā)熱問題。
3.3效益分析
一方面,無線測(cè)溫系統(tǒng)可以持久不間斷地監(jiān)測(cè)開關(guān)柜的溫度,及時(shí)收集并發(fā)送準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),以免電氣設(shè)備由于溫度過高而導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)故障。同時(shí),該系統(tǒng)可以提供及時(shí)的報(bào)警提示,確保工作人員時(shí)間解決出現(xiàn)的異常問題,以免造成嚴(yán)重?fù)p失。另一方面,無源無線測(cè)溫系統(tǒng)可以將傳統(tǒng)的被動(dòng)檢修轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)檢修,依次為狀態(tài)檢修準(zhǔn)備數(shù)據(jù)資料,確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性與可靠性。
4.安科瑞無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測(cè)溫產(chǎn)品介紹
4.1概述
開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于470MHz無線測(cè)溫技術(shù)開發(fā)的針對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行測(cè)溫的系統(tǒng),可對(duì)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),方便運(yùn)維人員及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況。
4.2應(yīng)用場(chǎng)所
變電所,配電室,箱變等
配電室箱變數(shù)據(jù)中心機(jī)房
4.3系統(tǒng)架構(gòu)
開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測(cè)溫通訊終端(溫度顯示儀)、溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警工作站三部分組成,
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息。
4.4.2溫度查詢
溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選):
4.4.3運(yùn)行報(bào)表
查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表。
4.4.4實(shí)時(shí)報(bào)警
壁掛式無線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)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(bào)警窗口。
2)實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警。
3)短信警告。可以向手機(jī)發(fā)送告警信息短信(需選配短信mao)。
4.4.5歷史告警查詢
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ懈婢录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
4.4.6用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。
4.4.7定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
WEB,手機(jī)APP(可選):
通過手機(jī)APP展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)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。
4.5.產(chǎn)品選型
4.5.1無線測(cè)溫傳感器選型
4.5.2收發(fā)器選型
4.6典型配置方案
4.6.1高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)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(shí)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(shí)例
ARTM-PnATE100接點(diǎn)測(cè)溫ATE200母排測(cè)溫ATE400斷路器觸頭測(cè)溫
4.6.2高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)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(shí)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(shí)例
ASD320ATE200觸頭測(cè)溫ATE400母排測(cè)溫ATE100M柜體測(cè)溫
4.6.3高低壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)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(shí)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(chǎng)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(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。
b)安裝實(shí)例
ATP070ATCATE200接點(diǎn)測(cè)溫ATE200電容器表面測(cè)溫
4.6.4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(chǎng))
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(shí)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(hào)傳感器實(shí)現(xiàn)集中顯示,還可以通訊連接配電室內(nèi)無線測(cè)溫相關(guān)就地顯示裝置實(shí)現(xiàn)集中顯示,同時(shí)還可以連接配電室內(nèi)智能操控、微機(jī)保護(hù)、電力儀表等電力監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
4.6.5低壓電氣接點(diǎn)有線測(cè)溫、變壓器繞組測(cè)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(cè)量低壓電氣接點(diǎn)時(shí)Pt100傳感器需做好絕緣處理。
b)安裝實(shí)例
ARTM-8PT100
5.結(jié)語
10kV 高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)的使用可以推動(dòng)我國(guó)電力事業(yè)的進(jìn)步。10kV 高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫系統(tǒng)針對(duì)各類高壓開關(guān)柜事故具有良好的預(yù)防效果,因此在變電站的具體項(xiàng)目建設(shè)中需要具備堅(jiān)實(shí)的理論知識(shí),以確保 10kV 高壓開關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1]崔金奇.10KV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫技術(shù)分析[J].通信電源技術(shù),2020(5):45-46.
[2]王帥.10KV高壓開關(guān)柜無線測(cè)溫設(shè)備在電氣設(shè)備維護(hù)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)分析.
[3]安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2021.02月版.
[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06月版.
作者簡(jiǎn)介:趙娜,女,安科瑞電氣股份有限公司,主要從事無線測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用