冶金集團開關(guān)柜無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案書

1. 綜述

現(xiàn)代社會對電能的依賴性極高，用電密度越大的地區(qū)對電的依賴性越高，因而對供電設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求。

變電站的高壓開關(guān)柜是最重要的電氣設(shè)備之一。在設(shè)備長期運行過程中,開關(guān)柜中的動、靜觸頭等部位會因制造、運輸、安裝不良及老化引起接觸電阻過大而發(fā)熱，如果這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，得不到及時檢修，則最終會導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。近年來，在發(fā)電廠和變電站已發(fā)生過多起開關(guān)柜過熱，造成火災(zāi)和大面積的停電事故。這些現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜如進線柜上尤為突出，且影響極大。為避免此類事故的發(fā)生，安裝一種能即時監(jiān)測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切.

通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸頭溫度的運行情況，可及時有效地防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生。

但由于開關(guān)柜全封閉運行，內(nèi)部空間狹小且具有裸露高壓，無法進行人工巡查測溫，因此實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保障高壓開關(guān)柜安全運行的重要手段。

高壓測溫需通過無線傳輸實現(xiàn)傳感器與低壓部位安裝的監(jiān)測儀表高壓隔離，因此處于高壓端的傳感器，其工作供電是需要解決的一個難題。

傳統(tǒng)無線測溫系統(tǒng)廠家均采用電池供電方式，該方式高溫下電池壽命大大降低，實際壽命很不確定。大量使用，需頻繁停電更換電池，后期維護成本高；存在安全隱患，電池長期處于高溫下存在液體滲漏或爆炸危險；直接影響一次系統(tǒng)安全；為了減少功耗，數(shù)據(jù)提取間隔時間長，實時性差。

山東正瑞電子有限公司發(fā)明的新型無線測溫傳感器，不含任何電池，采用感應(yīng)供電方式解決了高壓端的無線傳感器供電問題。

開關(guān)柜觸頭測溫方式分為3種：感應(yīng)供電無線測溫和電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。

（一）感應(yīng)供電測溫的特點：

1、溫度巡檢速度快，巡檢周期短，采樣周期為5-10秒，發(fā)射周期同樣為5-10秒，能及時發(fā)現(xiàn)運行中的溫度異常，及時報警，能真正起到報警的作用。

2、 無需更換電池，免維護。特別是常年不能停電的重要設(shè)備，運行壽命達10年以上無需維護。

3、 隨著技術(shù)的發(fā)展，測溫的電流門檻值在不斷減小，目前已經(jīng)做到啟動電流為3A。對于開關(guān)柜的觸頭接觸電阻來說，小于3A引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)象可以忽略。

 

（二）電池供電測溫的特點：

1、采用以色列電池，耐高溫，但高溫或低溫下能量損失快造成壽命變短。

2、電池方式傳感器不適合在動觸頭上安裝。因為傳感器電池盒為突出物體，與高壓觸臂接觸，為高壓等電位。在落灰情況下，傳感器外殼形成高壓電極，極易形成高壓放電，引起二次事故。(因此南網(wǎng)公司已經(jīng)不建議使用電池方式觸頭測溫。)

3、電池能量非常有限，因此各廠家不得不采取延長采樣周期的方法來延長電池壽命。一般情況下，每隔5分鐘采樣一次并且室溫條件下的壽命為不到1年；每隔1小時采樣的壽命為1年半-2年，在大負荷發(fā)熱情況下（正常情況）則壽命迅速衰減。盡管各廠家采取減少無線發(fā)射的各種措施，仍然難以有好的改觀。（注：以色列電池在無任何負載放電情況下的常溫存儲時間為小于8年）

4、采樣周期的延長，對于運行中的事故前兆-溫升來說是致命的，極易在傳感器休眠期間被忽略，從而喪失了最關(guān)鍵的初次報警時機。

5、電池在消耗到不足以支持傳感器運行時，往往發(fā)出誤報警，造成運行人員誤判。此時會給運行人員造成巨大工作壓力。

 

（三）紅外測溫方式特點

1、紅外測溫方式為非接觸式測溫，傳感器安裝在柜壁上，由采集儀表供電，無需考慮供電問題。

2、紅外測溫由于紅外器件本身發(fā)熱的物理原因，會引起測溫過程中溫度漂移（即溫漂），造成數(shù)據(jù)誤差較大，引起誤報警。這是目前尚無法解決的。

3、紅外測溫傳感器只能安裝在母線倉和出線倉，照射銅排，測量銅排溫度，不能很好的反應(yīng)觸頭發(fā)熱情況。

4、安裝后，由于母線難以停電，因此無機會進行維護維修。

5、制造成本高，造成投資稍高。

 

2. 產(chǎn)品簡介

2.1 總體結(jié)構(gòu)

2.2 無線溫度監(jiān)測器

連續(xù)監(jiān)測高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭的運行溫度，由數(shù)字顯示屏循環(huán)顯示出每個帶電觸頭的溫度值，可確定觸頭的過熱程度，當(dāng)發(fā)生超溫時，儀器發(fā)出報警指示。并可將溫度值通過RS485接口傳到計算機作進一步數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)開關(guān)柜溫度的集中監(jiān)測。

2.3 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器用于測量高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點、母線連接處和小車觸臂內(nèi)的運行溫度。無線溫度傳感器是由溫度傳感器件、信號處理及無線發(fā)射器、感應(yīng)電源三部分組成。

溫度傳感器具有小巧的體積，當(dāng)與被測物體表面直接接觸時，能保障快速測量溫度的變化，并將溫度變化的信號傳到信號處理及無線發(fā)射器，進行信號處理并將處理后的信號通過無線傳輸?shù)綔囟葯z測器。感應(yīng)電源由感應(yīng)電源組成，感應(yīng)電源采用小CT磁飽和技術(shù)由一次電流感應(yīng)出電源，將其安裝在開關(guān)柜觸頭上，當(dāng)開關(guān)柜負荷電流在3A以上時，感應(yīng)電源即可感應(yīng)提供給傳感器穩(wěn)定的工作電壓。

 

3. 現(xiàn)場情況及需求分析

3.1、需溫度監(jiān)測的開關(guān)柜分布情況

現(xiàn)場需要對開關(guān)柜動觸頭進行在線溫度監(jiān)測，當(dāng)溫度過高或溫升過快時通過本地監(jiān)測器和監(jiān)控中心軟件報警。需監(jiān)測溫度開光柜高配站和總降站合計 75臺 ；

110KV總降站需監(jiān)測溫度開關(guān)柜44臺；（數(shù)量情另行核實）開關(guān)柜分配位置如下：

高配站需溫度監(jiān)測開關(guān)柜統(tǒng)計：

1)   動力中心：2臺進線柜；

2)   閃速熔煉：2臺進線柜；

3)   一期硫酸：2臺進線柜 ；

4)   渣選 ：3臺進線柜，4臺磨機；

5)   二期硫酸：2臺進線柜，SO2風(fēng)機一臺 ；

6)   閃速吹煉：2進線柜；

7)   凈液：2臺進線柜；

8)   二期電解：2臺開關(guān)柜；

9)   一期電解：2臺進線柜，2臺整流柜；

10)  二期制氧 ：2臺開關(guān)柜；

11)  一期制氧：2臺進線柜，1臺空壓機開關(guān)柜；                                                                                                           

3.2、各站點數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)情況

總降站與調(diào)度中心具有光纖通信網(wǎng)絡(luò)交換機，調(diào)度中心可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控總降站及各高配站的開關(guān)柜運行溫度。

總降站與各高配站之間具有光纖網(wǎng)絡(luò)連接的有動力中心、閃速熔煉、一期硫酸、渣選、二期硫酸、閃速吹煉、凈液、二期電解、一期電解、一期制氧，共十個高配站。

二期制氧與總降無光纜，需要布設(shè)300米光纜。

一期制氧需要增加交換機。

3.3 總降站及各高配站現(xiàn)場均需要環(huán)境溫濕度遠程監(jiān)測。

3.4 實現(xiàn)開關(guān)柜在線測溫溫濕度監(jiān)測，數(shù)據(jù)通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)，上傳到總降站監(jiān)控服務(wù)器，調(diào)度中心實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

 

4. 技術(shù)方案

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)說明

3.2.1無線溫度傳感器

在開關(guān)柜小車的6個動觸頭后側(cè)的觸臂上安裝無線溫度傳感器和感應(yīng)電源，感應(yīng)電源在開關(guān)柜有電流通過時感應(yīng)出能量給無線溫度供電，無線溫度傳感器將測得的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給無線溫度監(jiān)測器。

3.2.2無線溫度監(jiān)測器

每臺無線溫度監(jiān)測器可以同時接收128個傳感器的溫度數(shù)據(jù)并通過液晶屏循環(huán)顯示，具有RS485上傳接口；現(xiàn)場無線溫度監(jiān)測器通過RS485網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)，并通過RS485/網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RJ45接口的以太網(wǎng)信號，連接到現(xiàn)場中電網(wǎng)絡(luò)交換機，通過TCP/IP協(xié)議上傳到總降監(jiān)控主機。

3.2.3 環(huán)境溫濕度傳感器

每個開關(guān)室安裝一個溫濕度傳感器，監(jiān)測環(huán)境的溫濕度，具有485接口，溫濕度數(shù)據(jù)通過485接口并入到無線測溫RS485網(wǎng)絡(luò)上。

3.2.4 RS485網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)

每個開關(guān)站的無線溫度監(jiān)測器組成現(xiàn)場RS485總線網(wǎng)絡(luò)，通過RS485/網(wǎng)口進入現(xiàn)場中電網(wǎng)絡(luò)交換機。

3.2.5 總降站監(jiān)控主機服務(wù)器

在總降站安放總降監(jiān)控主機服務(wù)器，安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件服務(wù)端Server，監(jiān)控主機具備雙網(wǎng)口，向下網(wǎng)口連接總降站中電網(wǎng)絡(luò)交換機，通過中電網(wǎng)絡(luò)采集各高配站溫度與濕度數(shù)據(jù)并存儲實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，并對溫度實時數(shù)據(jù)進行處理，實現(xiàn)超溫報警。

向上網(wǎng)口連接到調(diào)度中心的光纖網(wǎng)絡(luò)交換機，調(diào)度中心監(jiān)控主機可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)，查詢報警事件。

3.2.6 調(diào)度中心

在調(diào)度中心安放監(jiān)控主機，該主機運行客戶端監(jiān)控軟件Client，可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù)，查詢歷史數(shù)據(jù)，查詢報警事件。

5. 技術(shù)參數(shù)

4.1 無線溫度傳感器

測溫范圍：-30℃~+200℃

測溫精度：±0.5℃

供電方式：感應(yīng)取電；

安裝位置：斷路器觸臂動觸頭

無線頻率：430MHz；

發(fā)送頻率：10S發(fā)送一次；

4.2 感應(yīng)電源

輸出電壓：5V

工作最小一次電流：3A；

工作大至一次電流：6000A；

尺寸規(guī)格：φ60mm和自繞兩種；

4.3無線溫度監(jiān)測器

供電電壓：AC220V/DC220V；

溫度顯示：液晶屏顯示；

無線接口：430MHz

上傳接口：RS485串口；

通信協(xié)議：MODBUS_RTU

報警輸出：1個（無源接點）250VAC,0.6A或24VDC,5A

安裝方式：嵌入式安裝

開孔尺寸：90*90mm

4.4 串口/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器

站間數(shù)據(jù)傳輸要求：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信

站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸：RS485網(wǎng)絡(luò)通信           

4.5中心監(jiān)控服務(wù)器

主要功能

l  數(shù)據(jù)采集存儲

l  實時溫度顯示

l  溫度超上限報警

l  歷史溫度查詢

l  歷史事件查詢

l  網(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布

l  權(quán)限管理

用戶可以輸入密碼，進行界面的修改。系統(tǒng)能自動判斷用戶的權(quán)限級別。設(shè)置報警溫度值，修改溫度監(jiān)測點顯示樣式。

監(jiān)測主界面顯示當(dāng)前各測溫點溫度。

如果監(jiān)測站發(fā)生溫度越限，則監(jiān)測站彈出報警提示，并伴有聲音和光標提示報警，當(dāng)溫度回落到警戒溫度之下后，報警停止。在有監(jiān)測點超溫報警的時候系統(tǒng)靜音功能可以關(guān)閉聲音報警。

趨勢圖可以將原始數(shù)據(jù)記錄下來的溫度值繪制成曲線圖，使用戶更直觀的觀察溫度值的變化。

用戶可以查看所有的報警事件，也可以任意查詢各時間段的事件。

6. 現(xiàn)場安裝

5.1 無線溫度傳感器安裝

對應(yīng)不同的小車斷路器有兩種安裝方式：

5.1.1 對于額定電流小于1250A的斷路器，如果斷路器觸臂有瓷套，將傳感器和感應(yīng)電源安裝在瓷套內(nèi)，需要用卡簧鉗將瓷套拆下，裝好后在把瓷套裝上。如果斷路器觸臂上沒有瓷套，在觸臂上安裝完傳感器和感應(yīng)電源后要用熱縮套管熱縮固定。

5.1.2 對于額定電流大于1250A的斷路器，將無線溫度傳感器捆扎在觸臂上，感應(yīng)電源的磁芯用硅鋼片現(xiàn)場繞制，最后用熱縮套管熱縮。

安裝圖：

 

 

5.2 溫濕度傳感器安裝

溫濕度傳感器安裝在開關(guān)柜二次艙面板上，監(jiān)測環(huán)境溫濕度，并入無線溫度監(jiān)測器的數(shù)據(jù)上傳RS485網(wǎng)絡(luò)，電源從開關(guān)柜內(nèi)取交流220V。

5.3無線溫度監(jiān)測器安裝

無線溫度傳感器安裝在柜面上，開孔尺寸為90mm*90mm；電源從開關(guān)柜內(nèi)取，交直流220V都能接入，RS485上傳接口采用屏蔽雙絞線，組網(wǎng)采用串行總線結(jié)構(gòu)，星形總線需要加RS485集線器。

           

 正面圖圖                                   反面圖

5.4 RS485串口/網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器安裝

安裝在交換機柜內(nèi)，串口端接入連接無線溫度監(jiān)測器的RS485總線，網(wǎng)口端通過網(wǎng)線接入交換機，通過設(shè)置軟件設(shè)置器網(wǎng)絡(luò)端IP地址和掩碼。

5.5 總降中心監(jiān)控服務(wù)器安裝

采用雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡與各高配站RS485串口/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器通信獲取現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)，一網(wǎng)卡接入調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò)，方便調(diào)度中心查看監(jiān)測開關(guān)柜溫度。

監(jiān)控服務(wù)器安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件，軟件監(jiān)控畫面根據(jù)現(xiàn)場情況組態(tài)。

5.6 施工方案。

每臺開關(guān)柜安裝6個無線溫度傳感器和6個感應(yīng)電源，每5臺相鄰開關(guān)柜可供用一個無線溫度監(jiān)測器。

兩人配合施工，安裝時間控制在40分鐘以內(nèi)。一人安裝傳感器，一人開孔安裝溫度監(jiān)測器。

最后要把上傳總線穿到電纜夾層預(yù)留，待站內(nèi)所有開關(guān)柜安裝完畢后，將總線連接起來，布設(shè)到站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機處。

7. 配置表

山東正瑞電子有限公司

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電話：0533-3582840  3581782

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