安科瑞 鮑靜君

　　摘要：介紹一種無線測溫技術(shù)在變電站電力電纜的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：無線測溫；電力電纜；傳感器

　　0引言

　　信息化電網(wǎng)建設(shè)是我國在能源領(lǐng)域的重要戰(zhàn)略部署，是電力行業(yè)的發(fā)展方向。變電站電纜及接頭作為系統(tǒng)運(yùn)行的重要日常監(jiān)測對象，其運(yùn)行溫度是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要外在表征（根據(jù)運(yùn)行溫度、相對溫升等信息可以準(zhǔn)確判斷設(shè)備工作狀態(tài)），也可為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　日前在線測溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式有3種：分布式光纖測溫，沿電纜布設(shè)測溫光纜，通過光散射信號強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)電纜全區(qū)域的溫度檢測；點(diǎn)式總線式測溫，沿電纜部位布設(shè)溫度傳感器，通過數(shù)據(jù)總線將溫度傳送到后臺監(jiān)控計算機(jī)實(shí)現(xiàn)電纜溫度監(jiān)控；點(diǎn)式電池供電的無線測溫，在電纜部位放置傳感器，通過ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線的數(shù)據(jù)傳輸。

　　1主要缺點(diǎn)是測溫光纜在遭到人為搬運(yùn)或動物啃咬時光纖易損壞，且投資成本較大；2主要缺點(diǎn)是布線較多，施工麻煩；3主要特點(diǎn)是無線傳輸，安裝簡單，成本適中，這里采用此種方式。

　　1系統(tǒng)原理

　　無線測溫系統(tǒng)原理如圖1所示。無線溫度傳感器定時測量一次監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)行溫度，環(huán)境溫度傳感器也會自動測量環(huán)境溫度，這些溫度數(shù)據(jù)通過2.4GHz無線信道傳輸?shù)交荆瑪?shù)據(jù)傳輸基站會保存、記錄這些數(shù)據(jù)。

圖1無線測溫系統(tǒng)原理

　　主機(jī)會定時通過RS-485總線（或CAN）輪詢各基站，各基站將收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)將總線溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并保存。

　　主機(jī)通過比較設(shè)備與環(huán)境的相對溫升、室內(nèi)與室外大氣的相對溫升，分析可能的過熱情況，提前發(fā)出預(yù)警信號，提醒管理人員進(jìn)行處理。主機(jī)與集控站可以通過以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信，或采用自定義溫度模型按IEC 61850或104標(biāo)準(zhǔn)與集控站通信，也可以通過繼電器給公用測控屏提供多個報警信號。

　　2系統(tǒng)組成

　　2.1數(shù)據(jù)信息分析處理裝置（CX-XYDT-SCT）

　　數(shù)據(jù)信息分析處理單元包括一臺基于WindowsOS的控制主機(jī)，控制主機(jī)是一個具有完善軟件功能的管理平臺，它集成了各種通信協(xié)議、圖形化人機(jī)交互界面和完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫。

　　數(shù)據(jù)處理單元具有多個RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口（可選擇定制），對下可進(jìn)行傳感器等二次設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集匯總；該設(shè)備還具有2個以太網(wǎng)口，可通過標(biāo)準(zhǔn)的IEC61850協(xié)議完成數(shù)據(jù)的上傳功能。

　　該裝置可以完成一個變電站全部電纜、母排接頭、重要設(shè)備的溫度管理，也可以嵌入其他管理與控制功能，實(shí)現(xiàn)在單一平臺上運(yùn)行多個管理任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多信息集成，降低用戶的成本。

　　該裝置配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，通過上位機(jī)，可記錄高壓設(shè)備運(yùn)行溫度的數(shù)據(jù)，為高壓設(shè)備的維修提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的預(yù)知點(diǎn)檢。

　　2.2無線數(shù)據(jù)接收處理器（CX-WXJZ-1 2.4GHz）

　　無線數(shù)據(jù)接收處理器用于收集各類傳感器的無線信號，并通過RS-485總線將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)信息分析處理裝置。它是由MCU、RS-485接口、CAN接口、2.4GHz數(shù)字RF收發(fā)器、寬輸入DC/DC直流穩(wěn)壓電源、IP68ABS外殼和高增益定向天線等組成。無線數(shù)據(jù)接收處理器線纜部分由4根線構(gòu)成，其中紅、黑線連接電源正極和負(fù)極，黃、藍(lán)線連接數(shù)據(jù)線的A線和B線。增益天線無線信號沿天線方向成45°錐體形，可向外擴(kuò)展300m；全向天線無線信號成圓體形，以50m為半徑向外擴(kuò)展。

　　2.3無線溫度傳感器單元（CX-DMC100-SC121）

　　該單元使用2.4GHz數(shù)字無線技術(shù)平臺，采用微型化封裝技術(shù)，將無線溫度傳感器直接安裝在電纜、開關(guān)觸點(diǎn)、銅排連接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)溫度、溫升和相間溫差的實(shí)時在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)智能變電站設(shè)備運(yùn)行溫度的自動管理，為智能變電站的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。設(shè)備采用無線電波進(jìn)行信號傳輸，正常情況下每30s發(fā)送一次監(jiān)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)值時則每4s發(fā)送一次監(jiān)測點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)?？刂浦靼屣@示畫面會即時告警。

　　3數(shù)據(jù)信息分析處理裝置綜合管理軟件

　　3.1頁面管理

　　頁面管理窗口是用戶切換主功能頁面的重要途徑之一，如圖2所示。

圖 2 頁面管理窗口

　　3.2 溫度節(jié)點(diǎn)窗口

　　溫度節(jié)點(diǎn)窗口是提供給用戶用于選擇溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的輔助窗口，如圖 3 所示。

圖 3 溫度節(jié)點(diǎn)窗口

　　3.3 無線基站與傳感器列表

　　無線基站（傳感器）配置列表列舉出了當(dāng)前配置的全部無線基站（傳感器）信息，如圖 4 所示，在這個頁面上，可直接對各無線基站（傳感器）進(jìn)行編輯。 這在集中對大規(guī)模無線基站設(shè)備的修改時，十分方便。基于同樣的原因，還提供了傳感器的配置列表。

圖 4 無線基站配置列表

　　3.4溫度運(yùn)行狀態(tài)

　　在溫度運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視頁面（見圖5），可以對當(dāng)前配置的所有傳感器（對應(yīng)實(shí)際的溫度點(diǎn)）的溫度與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與顯示。顯示的信息包括在線離線狀態(tài)、超溫警告、溫升、實(shí)時溫度、溫度變化率和電池電壓等。雙擊某個傳感器信息，還可以得到它的詳細(xì)信息界面。

圖 5 溫度運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視頁面

　　3.5歷史巡檢報告

　　所有巡檢報告，都在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行歸檔，并提供界面以對這些報告進(jìn)行檢索查看，如圖6所示。時間范圍后，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，就會在下面的窗口中列出所有符合時間條件的巡檢報告。

圖 6 歷史巡檢報告畫面

　　3.6 實(shí)時數(shù)據(jù)查看界面

　　實(shí)時數(shù)據(jù)查看界面如圖 7 所示。

　　圖 7 實(shí)時數(shù)據(jù)查看界面

　　3.7溫度歷史數(shù)據(jù)界面

　　溫度歷史數(shù)據(jù)界面如圖8所示。

圖8 溫度歷史數(shù)據(jù)界面

　　3.8運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視

　　在全屏模式下，默認(rèn)顯示的就是對全站溫度的狀態(tài)監(jiān)視畫面，如圖9所示。監(jiān)視信息主要以列表的方式呈現(xiàn)，同時以溫度柱圖為輔助。在溫度列表中顯示了所有配置傳感器的各種運(yùn)行狀態(tài)與數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊任意一列的表頭，可以對該列進(jìn)行排序，再次點(diǎn)擊，列表將反向排序。

圖 9 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視畫面

　　4 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

　　安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款無線測溫軟件。

　　4.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖10），系統(tǒng)設(shè)計遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖10 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　4.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

　　■實(shí)時監(jiān)測

　　Acrel-2000T無線測溫監(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溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

　　■溫度查詢

　　溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

　　■運(yùn)行報表

　　查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報表.

　　■實(shí)時報警

　　壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

　　■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

　　a.彈岀事件報驚窗口.

　　b.實(shí)時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

　　C.短信吿警，可以發(fā)送吿警信息短信.

　　■歷史告警査詢

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

　　■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(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）。可以定義不同級別用戶的 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。

　　■定值設(shè)置

　　用于修改高溫定值、超溫定值。

　　■WEB（可選）

　　展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(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。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

　　實(shí)時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

　　接線圖頁面通過一次圖實(shí)時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

　　能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

　　運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

　　設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

　　4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

　　安科瑞電氣接點(diǎn)無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖11）。

圖11 電氣接點(diǎn)在線測溫結(jié)構(gòu)圖

　　4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

　　無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

4.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

　　無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

4.3.3 安科瑞顯示終端

　　顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

5 結(jié)語

　　電力電纜無線測溫裝置投運(yùn)至今，各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定可靠，經(jīng)檢測，測量精度±1℃，無線通信距離＞300m，溫度測量范圍－10～250℃，解決了變電站電力電纜及接頭運(yùn)行溫度實(shí)時監(jiān)測的難題，為變電站智能化、信息化創(chuàng)造了條件。