引言
高压开关柜主要用于关闭以及开断电气设备的电力线路,是保障系统安全运转的重要设备。为了保障电气系统得以安全稳定的运行,开关柜通常需要保持长期的运行,这所带来的影响非常明显。首先是在长期运行状态下,高压开关柜的运转结构会出现磨损。其次在高压高温的工作环境下,高压开关柜还会出现一定的氧化,进而造成设备部件的松动。这些问题所带来的弊端是导电处电阻增大,进而影响系统安全性和稳定性。如若不加以控制,必然会造成放电、熔焊甚至火灾等问题。
一、高压开关柜无线测温运作原理及构成
高压开关柜对测温有着很高的要求具体包括:不可出现高压绝缘;测温系统不可影响高压柜工作性能;测温系统不可以对高压柜造成电磁干扰。针对以上需求,无线测温系统结构被设计为如图1所示。
无线测温主要是由三个部位构成,分别为监测装置、低压接收端与上位机数据处理装置、高压发射端装置。
(一)无线模块
一般来说高压柜的无线测温能够满足这样几点条件:点对多点组网;传输距离达10米至30米之间;能够进行数据实时传输。目前常用的无线通信技术包括蓝牙、UWB、WiFi、ZigBee等,主流无线通信全部使用的是2.4执照频段,该频段免费,能够实现近距离的信号无线传输,一般常用于农业自动化、汽车自动化以及电子设备消费等。
(二)高压发射端
该组织通常被设置在高压柜内部,例如动静出头能够实现高压柜内部温度采集,使用单片机测量与处理高压柜温度传感器,通过无线模块将温度数据传输至低压接收端。高压
发射端电路用于对设备系统的温度数据采集和传输。因高压发射端所安置的设备为10kV高压设备,因此高压发射端通常会被设计成较小的体积,且安装方便,能够利用CT供能。所以高压发射端通常会包括无线电路、单片机、电源电路、温度传感器等部分具体如图2所示。
(三)抗干扰措施
高压柜一般工作在大电流、高电压环境,显然这会对高压柜的温度监测造成一定干扰。针对这一问题,我们对高压柜进行抗干扰设计,提高测温可靠性。抗干扰需要解决三个要素,分别为干扰源,敏感设备,以及传播途径。对此可以针对性的调整测温设备的软硬件,从而抑制甚至消除电磁干扰。如软件方面可以通过提高软件抗干扰度的方式,即在单片机设计中采取冗余设计,并启用开门狗模块,加入温度监测校验,保障信号稳定。
二、实验结论
为证实本系统测温效果,笔者通过实验室升流器模拟电流,将高压发射端放置在电路导线,分别在30℃、45℃、60℃、70℃、90℃、110℃进行检测,结果如图3。
从实验结果可以看出,本次测温度误差为±1℃,因此可以满足高压柜测温要求。
三、安科瑞温度在线监测系统解决方案
(一)概述
电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测,防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患,提高设备安全保障,及时、持续、准确反映设备运行状态,降低设备事故率。
Acrel2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯,系统设计遵循国际标准ModbusRTU、ModbusTCP等传输规约,安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能,可以监控无线测温系统的设备运行状况,实现快速报警响应,预防严重故障发生。
(二)应用场所
适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。
(三)系统结构
(四)系统功能
测温系统主机Acrel2000T安装于值班监控室,可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能:
温度显示
显示配电系统内每个测温点的实时值,也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。
(2)温度曲线
查看每个测温点的温度趋势曲线。
(3)运行报表
查询及打印各测温点时间的温度数据。
(4)实时告警
系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能,能够对所有事件发出语音告警,告警方式有弹窗、语音告警等,还可以短信/APP推送告警消息,及时提醒值班人员。
(5)历史事件查询
能够温度越限等事件记录进行存储和管理,方便用户对系统事件和报警进行历史追溯,查询统计、事故分析等。
(五)系统硬件配置
温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元,通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成,实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。
名称 | 外形 | 型号 | 参数说明 |
系统组态软件 |
| Acrel2000/T | 硬件:内存4G,硬盘500G,以太网口。 显示器:21寸,分辨率1280*1024。 操作系统:Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统:MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议:IEC608705103、IEC608705104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约 |
智能通信管理机 |
| Anet2E4SM | 通用网关,2路网口,4路RS485,可选配1路LORA,带电告警功能,支持485,4G从模块扩展。 |
无线测温集中采集设备 |
| Acrel2000T/A | 壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200(单位mm) |
| Acrel2000T/B | 硬件:内存4G,硬盘128G,以太网口 显示器:12寸,分辨率800*600 操作系统:Windows7 数据库系统:MicrosoftSQLServer2008R2可选Web平台/APP服务器柜体尺寸为480*420*200(单位mm) | |
显示终端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供电;一路上行RS485接口;一路下行RS485接口; 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450C。 |
| ARTMPn | 面框96*96*17mm,深度65mm;开孔92*92mm; AC85265V或DC100300V供电; 一路上行RS485接口,Modbus协议; 可接收60个ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm,深度67mm;开孔220*165mm; AC85265V或DC100300V供电; 一路上行RS485接口,Modbus协议; 可接收12个ATE100/200/300/400;配套ATC200/300/450。 | |
智能温度巡检仪 |
| ARTM8 | 开孔88*88mm嵌入式按照; AC85265V或DC100300V供电; 一路上行RS485接口,Modbus协议; 可接入8路PT100传感器,适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温; |
| ARTM24 | 35MM导轨安装; AC85265V或DC100300V供电; 一路上行RS485接口,Modbus协议; 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出,用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温; | |
无线收发器 |
| ATC450C | 可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。 |
| ATC600 | ATC600有两种规格;ATC600C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600Z做中继透传。 | |
电池型无线测温传感器 |
| ATE100M | 电池供电,寿命≥5年;50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空旷距离150米; 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。 |
| ATE200 | 电池供电,寿命≥5年;50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空旷距离150米; 35*35*17mm,L=330mm(长*宽*高,三色表带)。 | |
| ATE200P | 电池供电,寿命≥5年;50℃~+125℃; 精度±1℃;470MHz,空旷距离150米,防护等级IP68;35*35*17mm,L=330mm(长*宽*高,三色表带)。 | |
CT取电型无线测温传感器 |
| ATE400 | CT感应取电,启动电流≥5a;50℃~125℃;精度±1℃470MHz,空旷距离150米; 合金片固定、取电;三色外壳;25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。 |
有线温度传感器 |
| PT100 | 用于低压接点测温时,具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系; 用于变压器、电机绕组测温时,建议变压器或电机内部预埋好Pt100 |
NTC | 用于低压接点测温时,具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系; |
四、结语
本文所研究和介绍的高压柜测温系统,使用的是无线组网、CT供电的无线传输系统,因此能够有效解决高压柜测温系统突然升高,以及柜内高压绝缘等问题。利用CT供电可以在保障高压侧电路稳定供能的同时实现对地绝缘。无线组网的连接方式则可以确保测温系统更为实用。*后从软硬件等方面提供给测温系统的抗干扰设施,更是可以大幅提高测温质量及可靠性。
参考文献
周文文,聂一雄,徐卫东,等.10kV智能化高压开关柜测温系统设计[J].广东电力,2017,30(12):130135.
董淑莹,郑文龙,穆三强,高压开关柜无线测温系统的研究
安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版