基于物联网无线测温产品在电厂的应用

关键词：无线传感技术；电缆；传感器；电力系统
引言
对高压带电设备各连接点、传输点温度在线监测是保证电网安全运行的重要内容。重点区域电缆温度在线监测和记录，是设备检修的重要依据。目前，国内主要应用主从式测温系统，这种方法精度较差，仅获得线路的局部温度。无线式温度在线检测装置用无线电波进行信号传输，传感器安装在高压设备上，从根本上解决了高压设备接点运行温度不易监测的难题。采用无线温度监测方式具有高的可靠性和安全性。价格低廉，该系统可以安装到每台高压开关及母线接头上，可记录高压开关设备运行温度的数据，实现设备故障的预知维修。
1. 无线测温传感系统设计
1.1 无线测温传感系统方案设计
无线测温在线监测系统，利用电缆上的无线温度传感器实现对电缆温度在线监测，并通过在电缆沟布设无线水位传感器，实现对幌沟内浸水状况在线监测；利用电缆沟内、电缆夹层上的湿度传感器对环境温湿度进行监测，同时利用无线氧气传感器对监测区域氧气浓度进行监测，为检修人员的人身安全提供保证。这些传感器定时启动测量和发送被监测点的状态数据，通过无线信道传输到基站，基站通过RS-485（以太网、3G/4G网络）总线将数据上传至通信管理机，再上传到管理中心。管理中心具备监测数据汇集、图形化展示、阈值比较、监测预警、标准化数据通信等功能，实现电缆沟状态在线监测。无线测温系统架构框图如图1所示。

1.2 无线测温传感系统特点
传感器和接收装置采用24GHz频率进行无线传输通信；无线温度传感器采用近距离非接触式无线红外温度传感器；无线水位传感器液位探头采用316L不锈钢材质，防护等级为IP68；无线接收基站能接收各类传感器，无线接收基站具有集中总线式电源供电及通信的功能。
 
2. 无线温度在线监测系统的应用
2.1 无线在线监测预警系统总体设计
某火力发电厂在#16KV电缆夹层安装温度、湿度、氧量无线监测系统，在#2、#3、#4磨煤机较览桥架加装无线温度监测系统；在#3、#4空冷岛电缆隧道安装温度、湿度、氧量及水位无线监测系统；并开展事故预警、环境状态判断、劣化趋势分析研究。无线温度在线监测系统主要由无线温度传感器、数据传输基站和控制主机组成，系统图如图2所示

2.2 传感系统部署
本项目无线测温系统由1台监控主机、2台通信管理机、17个数据传输基站、378个无线温度传感器、14个无线温湿度传感器、10只无线氧气传感器、8个无线水位传感器构成。
（1）电缆夹层无线监测系统组成。每两个测温点间隔5m左右。红外传感器3个（每层15m采用3只红外传感器）ｘ2排ｘ5排=30个；氧气传感器2个；无线温湿度传感器2个；基站1个。
（2）磨煤机电缆桥架无线监测系统组成。每两个测温点间隔4m左右。2#磨煤机电缆桥架：红外传感器10个（每层40m采用10个红外单点传感器）ｘ4排=40个；基站2个（两个基站架设在桥架中级，基站间隔5-10m）。3#磨煤机电缆桥架：红外传感器10个（每层40m采用10个红外单点传感器）ｘ4排＋10个（每层40m采用10个红外单点传感器）ｘ2排=60个；基站2个（两个基站架设在桥架中级基站间隔5-10m）。4#磨煤机电缆桥架：红外传感器10个（每层40m采用10个红外单点传感器）ｘ4排＋10个（每层40m采用10个红外单点传感器）ｘ2=60个；基站2个（两个基站架设在桥架中级，基站间隔5-10m）。
（3）空冷岛电缆隧道无线监测系统组成，每两个测温点间隔4m左右。3#电缆隧道：红外传感器6个（每层25m采用6个红外传感器）ｘ2排ｘ6=72个；氧气传感器4个（每个角落布设一个）；温湿度传感器6个；水位传感器4个（每个角落布设一个）；基站4个（每纵向架设一个基站）。4#电缆隧道：红外传感器6个（每层25m采用6个红外传感器）ｘ2排ｘ6=72个；氧气传感器4个（每个角落布设一个）；温湿度传感器6个；水位传感器4个（每个角落布设一个）；基站4个（每纵向架设基站）。
2.3实施目标
本项目采用无线传感器完成了对电缆隧道、电缆桥架、电缆夹层的电缆温度，氧气含量及电缆隧道内积水情况的实时在线监测，并通过软件分析，实现监测区域的事故预警、环境状态判断、劣化趋势分析，同时给出异动提示，为设备实现状态检修奠定技术基础。
 
1. 安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍
3.1系统介绍
Acrel-2000T无线测温监控系统，是我司根据电力设备安全性的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的新一代无线测温监控系统。本系统具有超温告警等功能，可以帮助值班人员尽早发现问题，消除隐患，确保电力系统的安全运行。为电力设备的安全、经济、可靠运行提供了全新的解决方案。
3.2结构图

3.2主要功能
数据采集与处理（模拟量、开关量、电度、SOE、定值）
控制操作（断路器、隔离开关、分接头、复归）
报警及处理功能（设备状态异常或故障、测量值越限，声音、颜色、闪烁）
事件顺序记录SOE（分合闸记录、保护及自动装置的动作顺序记录）
远动功能（为调度中心提供相关运行数据和设备状态）
时钟同步（北斗GPS纳秒级，满足间隔层子系统标准时钟误差不大于1ms）
人机联系与运行管理（控制、查看、数据库定义修改、报警确认、二次开发、事故记录检索、在线设备管理）
与其他设备接口（微机保护、电力仪表、直流屏、故障录波仪、模拟屏、调度）
3.3软件功能






3.4测温产品介绍
温度传感器
a.电池供电型无线温度传感器
安装于发热部位，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。
目前安科瑞无线温度传感器有三款：
 

名称	外形	参数说明	安装方式
ATE100		102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(长*宽*高，孔径)；电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空旷距离10米。	螺栓固定
ATE200		44.17*30*18.5mm,L=325.40mm(长*宽*高，三色表带)；电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空旷距离10米。	表带捆绑
ATE300B		49.95*35.95*22mm(长*宽*高)；电池供电，寿命≥5年；-10℃~+125℃；470MHz，空旷距离150米。	扎带捆绑

b. CT 感应取电无线温度传感器
安装于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。
目前无线温度传感器有两款：
 

名称	外形	参数说明	安装方式
ATE300		扎带固定，合金片取电；73*33.5*16mm(长*宽*高)；CT感应取电，启动电流≥5A；-10℃~+125℃；470MHz，空旷距离150米。	扎带固定，合金片取电
ATE400		合金片固定、取电；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)；CT感应取电，启动电流≥5A；-50℃~125℃；433MHz，空旷距离150米；三色外壳。	合金片固定，取电

    接收/显示单元
a.接收单元
 

名称	外形	参数说明	安装方式
ATC200		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可同时接收12个ATE100、ATE200传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)
ATC400		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可接收240个ATE300或ATE300B传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)
ATC450-C		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可接收60个ATE400传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)

b.显示单元
 

名称	外形	参数说明	安装方式
ARTM-Pn		面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm；AC85-265V或DC100-300V供电；一路上行RS485接口，Modbus协议；接收60个ATE100/200/300/400配套ATC200/300/450。	面板开孔，嵌入式安装
ASD300/320		面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm；AC85-265V或DC100-300V供电；一路上行RS485接口，Modbus协议；接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。	面板开孔，嵌入式安装
ATP007 ATP010		面框226.5*163*6mm，深度70mm；开孔215*152mm；DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。	面板开孔，嵌入式安装

4. 结论
采用无线传感技术，实时对电缆故障趋势进行智能分析，准确定位，能够为电力企业的安全运行提供有力的支撑。
无线传感监测系统的设计目前只停留在自动采集和智能分析阶段，与控制设备的联动仍然需要人工介入。电力系统电缆的监测系统方兴未艾，为了保证系统设计的规范性及后期设备的扩展性，仍需努力。
 
参考文献
[1]陈飞凌．火电厂工业电视监控系统的应用与发展[J].中国安防，2015（12）：31-34.
[2]郭建华．物联网技术在火电厂基建物资仓储管理中的应用[J].信息与电脑（理论版），2014（11）:116-117
[3]高蕴华，工业物联网无线传感产品在火电厂重点区域的应用
[4]用户变电站综合自动化与运维解决方案.2020.01月版.
 
作者简介：王蒙蒙，安科瑞电气股份有限公司，主要从事无线测温系统的研发与应用。