工程案例
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：介紹一種無線測(cè)溫技術(shù)在變電站電力電纜的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：無線測(cè)溫；電力電纜；傳感器
0引言
信息化電網(wǎng)建設(shè)是我國(guó)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(cè)對(duì)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(duì)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(cè)溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式有3種：分布式光纖測(cè)溫，沿電纜布設(shè)測(cè)溫光纜，通過光散射信號(hào)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)電纜全區(qū)域的溫度檢測(cè)；點(diǎn)式總線式測(cè)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(tái)監(jiān)控計(jì)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(cè)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。
第一種方式主要缺點(diǎn)是測(cè)溫光纜在遭到人為搬運(yùn)或動(dòng)物啃咬時(shí)光纖易損壞，且投資成本較大；第二種方式主要缺點(diǎn)是布線較多，施工麻煩；第三種方式主要特點(diǎn)是無線傳輸，安裝簡(jiǎn)單，成本適中，這里采用此種方式。
1系統(tǒng)原理
無線測(cè)溫系統(tǒng)原理如圖1所示。無線溫度傳感器定時(shí)測(cè)量一次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行溫度，環(huán)境溫度傳感器也會(huì)自動(dòng)測(cè)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(huì)保存、記錄這些數(shù)據(jù)。
圖1無線測(cè)溫系統(tǒng)原理
主機(jī)會(huì)定時(shí)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(duì)溫升、室內(nèi)與室外大氣的相對(duì)溫升，分析可能的過熱情況，提前發(fā)出預(yù)警信號(hào)，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(cè)控屏提供多個(gè)報(bào)警信號(hào)。
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(tái)基于WindowsOS的控制主機(jī)，控制主機(jī)是一個(gè)具有完善軟件功能的管理平臺(tái)，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(gè)RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口（可選擇定制），對(duì)下可進(jìn)行傳感器等二次設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集匯總；該設(shè)備還具有2個(gè)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(gè)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(tái)上運(yùn)行多個(gè)管理任務(wù)，有效地實(shí)現(xiàn)多信息融合和集成，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(hào)，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(hào)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(hào)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(tái)，采用先進(jìn)的一體化、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(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)智能變電站設(shè)備運(yùn)行溫度的自動(dòng)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(hào)傳輸，正常情況下每30s發(fā)送一次監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超過預(yù)設(shè)值時(shí)則每4s發(fā)送一次監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)?？刂浦靼屣@示畫面會(huì)即時(shí)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(gè)頁面上，可直接對(duì)各無線基站（傳感器）進(jìn)行編輯。 這在集中對(duì)大規(guī)模無線基站設(shè)備的修改時(shí)，十分方便?；谕瑯拥脑?，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(duì)當(dāng)前配置的所有傳感器（對(duì)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(shí)溫度、溫度變化率和電池電壓等。雙擊某個(gè)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(bào)告
所有巡檢報(bào)告，都在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行歸檔，并提供界面以對(duì)這些報(bào)告進(jìn)行檢索查看，如圖6所示。指定時(shí)間范圍后，點(diǎn)擊“查詢”按鈕，就會(huì)在下面的窗口中列出所有符合時(shí)間條件的巡檢報(bào)告。
圖 6 歷史巡檢報(bào)告畫面
3.6 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看界面
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看界面如圖 7 所示。
圖 7 實(shí)時(shí)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(duì)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(shí)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(duì)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(cè)溫系統(tǒng)介紹與選型
安科瑞無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測(cè)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(guó)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(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的一款專業(yè)的無線測(cè)溫軟件。
4.1 Acrel-2000T無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000T無線測(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)行通信（如圖10），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很大地提高。
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(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?？梢员O(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。
Acrel-2000T無線測(cè)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(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)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(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 Acrel-2000T無線測(cè)溫系統(tǒng)功能
■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-2000T無線測(cè)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(cè)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(bào)表
查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.
■實(shí)時(shí)報(bào)警
壁掛式無線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)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(bào)驚窗口.
b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警，可以向指定手機(jī)號(hào)碼發(fā)送吿警信息短信（需選配短信貓）.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測(cè)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）?？梢远x不同級(jí)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(cè)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(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)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(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的測(cè)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(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測(cè)量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。
能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)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(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機(jī)APP（可選）
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(cè)溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點(diǎn)無線測(cè)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(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測(cè)溫?cái)?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(cè)溫終端或無線測(cè)溫系統(tǒng)（如圖11）。
圖11 電氣接點(diǎn)在線測(cè)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(duì)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(duì)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(cè)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(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)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(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。
5 結(jié)語
電力電纜無線測(cè)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(cè)，測(cè)量精度±1℃，無線通信距離＞300m，溫度測(cè)量范圍－10～250℃，有效解決了變電站電力電纜及接頭運(yùn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題，為變電站智能化、信息化創(chuàng)造了條件。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 呂鋼,伍陸玖.無線測(cè)溫技術(shù)在變電站電力電纜的應(yīng)用.
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.
