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技術文章

基于物聯網無線測溫產品在電廠的應用

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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要:電纜隧道環境惡劣,長期運行存在安全隱患,常規監測手段無法實現有效監管。因此,文章開發了一套重點區域電纜實時在線無線測溫預瞽系統,實現對重點區域的電纜溫度及周圍環境的氧量、濕度、水位等的實時預警監控,在隧道環境發生劣化或故障早期,系統會給出異動提示,為設備狀態檢修奠定技術基礎。
關鍵詞:無線傳感技術;電纜;傳感器;電力系統

引言

對高壓帶電設備各連接點、傳輸點溫度在線監測是保證電網安全運行的重要內容。重點區域電纜溫度在線監測和記錄,是設備檢修的重要依據。目前,國內主要應用主從式測溫系統,這種方法精度較差,僅獲得線路的局部溫度。無線式溫度在線檢測裝置用無線電波進行信號傳輸,傳感器安裝在高壓設備上,從根本上解決了高壓設備接點運行溫度不易監測的難題。采用無線溫度監測方式具有高的可靠性和安全性。價格低廉,該系統可以安裝到每臺高壓開關及母線接頭上,可記錄高壓開關設備運行溫度的數據,實現設備故障的預知維修。

1. 無線測溫傳感系統設計

1.1 無線測溫傳感系統方案設計

無線測溫在線監測系統,利用電纜上的無線溫度傳感器實現對電纜溫度在線監測,并通過在電纜溝布設無線水位傳感器,實現對幌溝內浸水狀況在線監測;利用電纜溝內、電纜夾層上的濕度傳感器對環境溫濕度進行監測,同時利用無線氧氣傳感器對監測區域氧氣濃度進行監測,為檢修人員的人身安全提供保證。這些傳感器定時啟動測量和發送被監測點的狀態數據,通過無線信道傳輸到基站,基站通過RS-485(以太網、3G/4G網絡)總線將數據上傳至通信管理機,再上傳到管理中心。管理中心具備監測數據匯集、圖形化展示、閾值比較、監測預警、標準化數據通信等功能,實現電纜溝狀態在線監測。無線測溫系統架構框圖如圖1所示。

1.2 無線測溫傳感系統特點

傳感器和接收裝置采用24GHz頻率進行無線傳輸通信;無線溫度傳感器采用近距離非接觸式無線紅外溫度傳感器;無線水位傳感器液位探頭采用316L不銹鋼材質,防護等級為IP68;無線接收基站能接收各類傳感器,無線接收基站具有集中總線式電源供電及通信的功能。

 

2. 無線溫度在線監測系統的應用

2.1 無線在線監測預警系統總體設計

某火力發電廠在#16KV電纜夾層安裝溫度、濕度、氧量無線監測系統,在#2、#3、#4磨煤機較覽橋架加裝無線溫度監測系統;在#3、#4空冷島電纜隧道安裝溫度、濕度、氧量及水位無線監測系統;并開展事故預警、環境狀態判斷、劣化趨勢分析研究。無線溫度在線監測系統主要由無線溫度傳感器、數據傳輸基站和控制主機組成,系統圖如圖2所示

2.2 傳感系統部署

本項目無線測溫系統由1臺監控主機、2臺通信管理機、17個數據傳輸基站、378個無線溫度傳感器、14個無線溫濕度傳感器、10只無線氧氣傳感器、8個無線水位傳感器構成。

(1)電纜夾層無線監測系統組成。每兩個測溫點間隔5m左右。紅外傳感器3個(每層15m采用3只紅外傳感器)x2排x5排=30個;氧氣傳感器2個;無線溫濕度傳感器2個;基站1個。

(2)磨煤機電纜橋架無線監測系統組成。每兩個測溫點間隔4m左右。2#磨煤機電纜橋架:紅外傳感器10個(每層40m采用10個紅外單點傳感器)x4排=40個;基站2個(兩個基站架設在橋架中級,基站間隔5-10m)。3#磨煤機電纜橋架:紅外傳感器10個(每層40m采用10個紅外單點傳感器)x4排+10個(每層40m采用10個紅外單點傳感器)x2排=60個;基站2個(兩個基站架設在橋架中級基站間隔5-10m)。4#磨煤機電纜橋架:紅外傳感器10個(每層40m采用10個紅外單點傳感器)x4排+10個(每層40m采用10個紅外單點傳感器)x2=60個;基站2個(兩個基站架設在橋架中級,基站間隔5-10m)。

(3)空冷島電纜隧道無線監測系統組成,每兩個測溫點間隔4m左右。3#電纜隧道:紅外傳感器6個(每層25m采用6個紅外傳感器)x2排x6=72個;氧氣傳感器4個(每個角落布設一個);溫濕度傳感器6個;水位傳感器4個(每個角落布設一個);基站4個(每縱向架設一個基站)。4#電纜隧道:紅外傳感器6個(每層25m采用6個紅外傳感器)x2排x6=72個;氧氣傳感器4個(每個角落布設一個);溫濕度傳感器6個;水位傳感器4個(每個角落布設一個);基站4個(每縱向架設基站)。

2.3實施目標

本項目采用無線傳感器完成了對電纜隧道、電纜橋架、電纜夾層的電纜溫度,氧氣含量及電纜隧道內積水情況的實時在線監測,并通過軟件分析,實現監測區域的事故預警、環境狀態判斷、劣化趨勢分析,同時給出異動提示,為設備實現狀態檢修奠定技術基礎。

 

1. 安科瑞無線測溫監控系統及在線測溫產品介紹

3.1系統介紹

Acrel-2000T無線測溫監控系統,是我司根據電力設備安全性的要求,總結國內外的研究和生產的先進經驗,專門研制出的新一代無線測溫監控系統。本系統具有超溫告警等功能,可以幫助值班人員盡早發現問題,消除隱患,確保電力系統的安全運行。為電力設備的安全、經濟、可靠運行提供了全新的解決方案。

3.2結構圖

3.2主要功能

數據采集與處理(模擬量、開關量、電度、SOE、定值)

控制操作(斷路器、隔離開關、分接頭、復歸)

報警及處理功能(設備狀態異?;蚬收?、測量值越限,聲音、顏色、閃爍)

事件順序記錄SOE(分合閘記錄、保護及自動裝置的動作順序記錄)

遠動功能(為調度中心提供相關運行數據和設備狀態)

時鐘同步(北斗GPS納秒級,滿足間隔層子系統標準時鐘誤差不大于1ms)

人機聯系與運行管理(控制、查看、數據庫定義修改、報警確認、二次開發、事故記錄檢索、在線設備管理)

與其他設備接口(微機保護、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調度)

3.3軟件功能

3.4測溫產品介紹

溫度傳感器

a.電池供電型無線溫度傳感器

安裝于發熱部位,采集溫度量并通過無線方式傳輸的傳感器。

目前安科瑞無線溫度傳感器有三款:

 

名稱

外形

參數說明

安裝方式

ATE100

 

102.37*47.93*23mm,φ13.5mm(長*寬*高,孔徑);電池供電,壽命≥5年;-40℃~+125℃;2.4GHz,空曠距離10米。

螺栓固定

ATE200

 

44.17*30*18.5mm,L=325.40mm(長*寬*高,三色表帶);電池供電,壽命≥5年;-40℃~+125℃;2.4GHz,空曠距離10米。

表帶捆綁

ATE300B

 

49.95*35.95*22mm(長*寬*高);電池供電,壽命≥5年;-10℃~+125℃;470MHz,空曠距離150米。

扎帶捆綁

b. CT 感應取電無線溫度傳感器

安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處,采集溫度量并通過無線方式傳輸的傳感器。

目前無線溫度傳感器有兩款:

 

名稱

外形

參數說明

安裝方式

ATE300

 

扎帶固定,合金片取電;73*33.5*16mm(長*寬*高);CT感應取電,啟動電流≥5A;-10℃~+125℃;470MHz,空曠距離150米。

扎帶固定,合金片取電

ATE400

 

合金片固定、取電;25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高);CT感應取電,啟動電流≥5A;-50℃~125℃;433MHz,空曠距離150米;三色外殼。

合金片固定,取電

    接收/顯示單元

a.接收單元

 

名稱

外形

參數說明

安裝方式

ATC200

 

65*45*28mm(長*寬*高);DC24V供電;一路RS485接口,Modbus協議;可同時接收12個ATE100、ATE200傳感器數據。

35mm導軌安裝,螺絲固定(φ4,36mm)

 

ATC400

 

65*45*28mm(長*寬*高);DC24V供電;一路RS485接口,Modbus協議;可接收240個ATE300或ATE300B傳感器數據。

35mm導軌安裝,螺絲固定(φ4,36mm)

 

ATC450-C

 

65*45*28mm(長*寬*高);DC24V供電;一路RS485接口,Modbus協議;可接收60個ATE400傳感器數據。

35mm導軌安裝,螺絲固定(φ4,36mm)

 

b.顯示單元

 

名稱

外形

參數說明

安裝方式

ARTM-Pn

 

面框96*96*17mm,深度65mm;開孔92*92mm;AC85-265V或DC100-300V供電;一路上行RS485接口,Modbus協議;接收60個ATE100/200/300/400配套ATC200/300/450。

面板開孔,嵌入式安裝

 

ASD300/320

 

面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;開孔220*165mm;AC85-265V或DC100-300V供電;一路上行RS485接口,Modbus協議;接收12個ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

面板開孔,嵌入式安裝

 

ATP007

ATP010

 

面框226.5*163*6mm,深度70mm;開孔215*152mm;DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。

面板開孔,嵌入式安裝

 

4. 結論

采用無線傳感技術,實時對電纜故障趨勢進行智能分析,準確定位,能夠為電力企業的安全運行提供有力的支撐。

無線傳感監測系統的設計目前只停留在自動采集和智能分析階段,與控制設備的聯動仍然需要人工介入。電力系統電纜的監測系統方興未艾,為了保證系統設計的規范性及后期設備的擴展性,仍需努力。

 

參考文獻

[1]陳飛凌.火電廠工業電視監控系統的應用與發展[J].中國安防,2015(12):31-34.

[2]郭建華.物聯網技術在火電廠基建物資倉儲管理中的應用[J].信息與電腦(理論版),2014(11):116-117

[3]高蘊華,工業物聯網無線傳感產品在火電廠重點區域的應用

[4]用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2020.01月版.

 

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