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淺談無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)在高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

點(diǎn)擊次數(shù):428 更新時(shí)間:2023-11-01

韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:高壓開關(guān)柜是變電站的重要電氣設(shè)備,它擔(dān)負(fù)著閉合及斷開電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重作用高壓開關(guān)柜長(zhǎng)期3-作在高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下,觸頭的氧化、接觸電阻常常使觸頭發(fā)熱,溫度過高,如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)、停電、等嚴(yán)重事故、因此,高壓開關(guān)柜內(nèi)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中亟待解決的實(shí)際問題文章提出一種基于單片機(jī)的高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng),該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,測(cè)溫;隹確度高等特點(diǎn)

關(guān)鍵詞:高壓開關(guān)柜;無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng);單片機(jī)

0引言

隨著同民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各行各A,kx~電能的需求也越來(lái)越高,因此,電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行是電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)。高壓開關(guān)柜是變電站的重要設(shè)備之一,大多數(shù)高壓開關(guān)柜采用封閉結(jié)構(gòu),散熱條件較差,設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間T作狀態(tài)下,開關(guān)柜內(nèi)的觸頭容易發(fā)熱而導(dǎo)致部件老化,引起火災(zāi)等事故因此,封閉式結(jié)構(gòu)的高壓開關(guān)柜內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜的一個(gè)普遍問題。

1高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭溫度檢測(cè)方法

目前,對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)部觸頭發(fā)熱情況進(jìn)行監(jiān)控,隨時(shí)掌握溫度變化情況,使之在處于危險(xiǎn)溫度前對(duì)其進(jìn)行及ft寸處理,從而避免發(fā)生安全事故。目前常用的檢測(cè)方法主要有人T巡檢、貼色片測(cè)溫法、光纖測(cè)溫法和紅外測(cè)溫法。人T巡檢主要依靠T作人員手持紅~'t-N溫儀對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量,但由于高壓開關(guān)柜密閉結(jié)構(gòu),且由于柜內(nèi)線路或元件的遮擋.使得紅外測(cè)溫儀無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)得柜內(nèi)溫度數(shù)據(jù)。貼色片測(cè)溫法是依據(jù)色片顏色不同來(lái)判斷柜內(nèi)溫度,該方法也無(wú)法準(zhǔn)確反映柜內(nèi)溫度情況。光纖測(cè)溫則是將光纖作為溫度傳感器,通過溫度變化調(diào)制透過光纖的光強(qiáng)來(lái)確定溫度,對(duì)于光源、發(fā)射和接收電路等設(shè)備要求較高。紅I-N溫法是通過被測(cè)目標(biāo)的溫度變化塒應(yīng)紅外輻射變化來(lái)確定其溫度,這種測(cè)溫方式準(zhǔn)確度較低?;诖耍疚奶岢鲆环N基于單片機(jī)的高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng),該系統(tǒng)具有測(cè)溫準(zhǔn)確、安裝方便等特點(diǎn)。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

高壓開關(guān)柜是電力系統(tǒng)的重要設(shè)備,長(zhǎng)期作在強(qiáng)電磁噪聲的環(huán)境下,對(duì)可靠性和穩(wěn)定性要求都很高,因此,針對(duì)高壓開關(guān)柜的特殊]:作環(huán)境,監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:(1)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定T作,無(wú)需經(jīng)常更換電池;(2)可適應(yīng)復(fù)雜的電磁噪音環(huán)境;(3)體積小,方便部署在觸頭位置;(4)系統(tǒng)要求較高的可靠性。

2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本文提的高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)主要包括無(wú)線測(cè)溫模塊、集巾器、上位機(jī)服務(wù)器3部分,其中無(wú)線測(cè)溫模塊安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭處,用于檢測(cè)觸頭溫度,并將檢測(cè)到的溫度信號(hào)以無(wú)線方式發(fā)給溫度采集器,溫度采集器通過有線網(wǎng)絡(luò),與上位機(jī)服務(wù)器相連接,將高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭溫度實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)服務(wù)器,上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警以及歷史數(shù)據(jù)的查詢等功能,從而完成對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)觸電溫度的檢測(cè)和預(yù)警。

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圖1高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于下位機(jī)溫度采集模塊,主要單片機(jī)控制模塊,溫度傳感器模塊,無(wú)線收發(fā)模塊,供電模塊組成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中,溫度傳感器選用美國(guó)DALLAS公司推出的智能化數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。DS18B20具有成本低,測(cè)溫范圍廣(.55~125°C)等特點(diǎn),可以滿足高壓開關(guān)柜內(nèi)的測(cè)溫設(shè)計(jì)要求。單片機(jī)控制模塊采取意法半導(dǎo)體公司推STM32F103RBT6,這款單片機(jī)是目前32位微處理器中功耗的芯片,有利于i貝0溫裝置的節(jié)能。無(wú)線收發(fā)模塊采取CC2520芯片,用于將采集到的溫度數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式發(fā)給溫度采集器。

image.png

圖2下位機(jī)溫度采集架構(gòu)

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圖3下位機(jī)軟件流程

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)中,下位機(jī)軟件主要包括系統(tǒng)初始化、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)信號(hào)采集、檢測(cè)及報(bào)警等,軟件程序在編寫時(shí)主要采取模塊化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),具有可移植性好,便于編寫、調(diào)試和后期維護(hù),系統(tǒng)程序流程如圖3所示。下位機(jī)程序開發(fā)采用C語(yǔ)言編寫。

高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)上位機(jī)主要包括對(duì)下位機(jī)采集到的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警、查詢歷史數(shù)據(jù)等功能。

3.安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

3.1概述

電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè),防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無(wú)線測(cè)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)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國(guó)際標(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較大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4系統(tǒng)功能

測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:

3.4.1溫度顯示

顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值,也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

3.4.2溫度曲線

查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3.4.3運(yùn)行報(bào)表

查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

3.4.4實(shí)時(shí)告警

系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警,告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等,還可以短信/APP推送告警消息,及時(shí)提醒值班人員。

image.png

3.4.5歷史事件查詢

能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

3.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元,通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

名稱

外形

型號(hào)

參數(shù)說(shuō)明

系統(tǒng)組態(tài)軟件


Acrel-2000/T

硬件:內(nèi)存4G,硬盤500G,以太網(wǎng)口。

顯示器:21寸,分辨率1280*1024。

操作系統(tǒng):Windows764位簡(jiǎn)體中文旗艦版。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2。

通訊協(xié)議:IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約

智能通信管理機(jī)


Anet-2E4SM

通用網(wǎng)關(guān),2路網(wǎng)口,4路RS485,可選配1路LORA,帶電告警功能,支持485,4G從模塊擴(kuò)展。

無(wú)線測(cè)溫集中采集設(shè)備


Acrel-2000T/A

壁掛式安裝

標(biāo)配一路485接口、一路以太網(wǎng)口

自帶蜂鳴器告警

柜體尺寸480*420*200(單位mm)


Acrel-2000T/B

硬件:內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口

顯示器:12寸,分辨率800*600

操作系統(tǒng):Windows7

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng):MicrosoftSQLServer2008R2可選Web平臺(tái)/APP服務(wù)器柜體尺寸為480*420*200(單位mm)

顯示終端


ATP007

ATP010

DC24V供電;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口;

可接收20個(gè)ATC200/1個(gè)ATC400/1個(gè)ATC450-C。


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(xié)議;

可接收60個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。


ASD320

ASD300

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(xié)議;

可接收12個(gè)ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。

智能溫度巡檢儀


ARTM-8

開孔88*88mm嵌入式按照;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

可接入8路PT100傳感器,適用于低壓開關(guān)柜電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場(chǎng)合的測(cè)溫;


ARTM-24

35MM導(dǎo)軌安裝;

AC85-265V或DC100-300V供電;

一路上行RS485接口,Modbus協(xié)議;

24路NTC或PT100、1路溫濕度測(cè)溫、2路繼電器告警輸出,用于低壓電氣接點(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)擊繞組等場(chǎng)所測(cè)溫;

無(wú)線收發(fā)器


ATC450-C

可接收60個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。


ATC600

ATC600有兩種規(guī)格;ATC600-C可接收240個(gè)ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透?jìng)鳌?/p>

電池型無(wú)線測(cè)溫傳感器


ATE100M

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

32.4*32.4*16mm(長(zhǎng)*寬*高)。


ATE200

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米;

35*35*17mm,L=330mm(長(zhǎng)*寬*高,三色表帶)。


ATE200P

電池供電,壽命≥5年;-50℃~+125℃;

精度±1℃;470MHz,空曠距離150米,防護(hù)等級(jí)IP68;35*35*17mm,L=330mm(長(zhǎng)*寬*高,三色表帶)。

CT取電型無(wú)線測(cè)溫傳感器


ATE400

CT感應(yīng)取電,啟動(dòng)電流≥5a;-50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空曠距離150米;

合金片固定、取電;三色外殼;25.82*20.42*12.8mm(長(zhǎng)*寬*高)。

有線溫度傳感器


PT100

用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長(zhǎng)與供應(yīng)商聯(lián)系;

用于變壓器、電機(jī)繞組測(cè)溫時(shí),建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100


NTC

用于低壓接點(diǎn)測(cè)溫時(shí),具體封裝、精度、線制、線材、線長(zhǎng)與供應(yīng)商聯(lián)系;

4結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)變電站高壓開關(guān)柜特殊工作環(huán)境,設(shè) 計(jì)開發(fā)了一款無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓開關(guān)柜 內(nèi)觸頭溫度的實(shí)時(shí)采集、傳輸、顯示、報(bào)警等功能,該 系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、測(cè)溫準(zhǔn)確、性價(jià)比高等 特點(diǎn),易于工程實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

  1. 李冬,牟元恩 ,張營(yíng).高壓開關(guān)柜無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  2. 陳銘.高壓開關(guān)柜的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷[J].廣東科技,2013(16):121—122.

  3. 向方云,張?。邏洪_關(guān)柜觸頭溫度在線監(jiān)測(cè)的研究[1T].電子世界,2016(13):167.

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022年05版

作者簡(jiǎn)介

韓歡慶,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)領(lǐng)域。


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