韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在高壓變電站中，由于設備老化以及輸變線(xiàn)路的接頭溫度過(guò)高，常常會(huì )引發(fā)火災或者爆炸等事故。傳統的人工溫度測量不僅勞動(dòng)強度大，而且容易出現漏測、誤報等現象，無(wú)法實(shí)現對高壓變電站的有效保護。因此，本文將無(wú)線(xiàn)通訊技引入到高壓變電站的溫度測量當中，重點(diǎn)對無(wú)線(xiàn)測溫預警系統進(jìn)行分析,試圖為之提供行之有效的可行性建議。

關(guān)鍵詞：變電站；無(wú)線(xiàn)測溫；預警系統；設計研究

 

       高壓變電站是電能變換、分配的重要場(chǎng)所，同時(shí)也是發(fā)生火災、爆炸等事故的高危場(chǎng)所。通常情況下，高壓變電站輸變線(xiàn)路的接頭溫度范圍在20℃～30℃之間為正常狀態(tài)；如果母線(xiàn)接頭溫度達到60℃～70℃時(shí)，則處于警戒狀態(tài)；超過(guò)60℃～70℃，就會(huì )引發(fā)火災甚至爆炸。一旦出現這些事故，不僅會(huì )給高壓變電站自身帶來(lái)巨大的破壞，而且還會(huì )影響電力輸送的正常運行。為了確保電能的傳輸質(zhì)量以及設備的安全，對高壓變電站進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監測和預警，就成為了電力工作者所關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。傳統的測溫工作主要依賴(lài)于人工，測溫的準確度和測溫效率難以保證。本文主要研究的是無(wú)線(xiàn)測溫系統，通過(guò)無(wú)線(xiàn)設備對設備內的每個(gè)節點(diǎn)進(jìn)行溫度測量，不僅可以有效地提高測量，而且操作簡(jiǎn)單易于維護，能夠實(shí)現對高壓變電站溫度的在線(xiàn)測量和監控。

 

       無(wú)線(xiàn)測溫系統主要作用是進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線(xiàn)溫度測量和預警。常用于較為惡劣的工作環(huán)境中，該設備的特點(diǎn)是安裝簡(jiǎn)單、檢測精度高，尤其對高壓電氣設備的溫度測量有著(zhù)良好的效果。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫語(yǔ)境系統的設計結合了智能溫度傳感器、超低功耗單片機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及電源管理器，通過(guò)對高壓變電站進(jìn)行定時(shí)測溫并且與設定的高溫度閥值進(jìn)行對比分析，從而判斷無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的啟停。在設計過(guò)程中還采用了雙電源的管控技術(shù)，在不需要測溫的情況下，設備內的所有核心部件都保持休眠狀態(tài)。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統結構設計如下圖-1所示：

圖-1高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統結構圖

       從上文分析中，可以得出高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統的主要部件是傳感器和數據采集器，其中核心技術(shù)是超低功耗的單片機，并且通過(guò)多節點(diǎn)的模式實(shí)現了對高壓變電站低功耗、高性能的無(wú)線(xiàn)測溫。以下就對高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統的設計進(jìn)行詳細分析：

2.1硬件設計

       本文研究的無(wú)線(xiàn)測溫預警系統主要是由溫度傳感器、超低功耗單片機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、電源管理芯片、外圍電路以及高能電池組成。其中溫度傳感器的測量度可以達到0.5℃，而且用戶(hù)可以根據實(shí)際情況自行轉換分辨率以及設定溫度超標預警的上下閥值，并且能夠長(cháng)期保存；超低功耗單片機則采用的是超低功耗的16位混合信號處理器，該處理器可以在1.8～3.6V的電壓下工作，而且可以根據不同的工作模式降低耗電電流，此外單片機憑借其豐富的尋址方式、大量的寄存器和簡(jiǎn)潔的操作指令，可以獲得較高的處理能力和速度；無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊是一種理想的彈片收發(fā)器芯片，適用于多點(diǎn)通訊方式，其發(fā)射功率可達到10mW，該模塊的特點(diǎn)是傳輸距離較遠，無(wú)線(xiàn)信號的傳輸距離可以達到600～800m，而且采用高效的前向糾錯信道編碼技術(shù)，具有較高的抗力和低誤碼率；電源管理芯片在測溫設備超低功耗方面也有非常重要的作用，MAX1726芯片可以提供1.8V、2.5V、3.3V、5V的輸出電壓，它不僅是一種低漏失的線(xiàn)性調節器，同時(shí)還可以提供超低電流，大限度的延長(cháng)了電池的使用壽命。電源管理芯片也可以提供200mA的超低電流，主要用作電池組供電，起到反相電池保護、短路保護、高溫保護以及提高電池的使用壽命。

2.2電路設計及雙電源管理技術(shù)

       高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統采用的是雙電源管理技術(shù)，分別對智能溫度傳感器和無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊進(jìn)行管理，在降低功耗的同時(shí)可以提高傳感器的使用壽命。由于溫度傳感器、超低功耗單片機以及外圍電路的工作電流較小，因此在電路設計的過(guò)程中，主要采用3.6V，3000mA的電池進(jìn)行供電，該電池的大持續放電電流和大脈沖放電電流分別可以達到150mA和300mA，按照80%的電池使用率計算，平均壽命可以達到兩年以上。通過(guò)單片機的控制對當前不需要工作的部件進(jìn)行斷電保護，有效的提高了電量的使用率。此外，為了有效的延長(cháng)高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統的使用壽命，在滿(mǎn)足設備工作頻率的前提條件下，可以選擇較小的工作頻率來(lái)降低單片機的功耗，而且在外圍電路的設計和器材選擇等方面，也需要強調能耗問(wèn)題。

2.3軟件設計

        在降低無(wú)線(xiàn)測溫預警系統的功耗方面，除了需要將CPU系統設定為省電模式外，還需要在軟件方面進(jìn)行低功耗的設計。高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統軟件程序設計框圖如下所示：

圖-2高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統軟件程序設計框圖

該軟件的工作步驟為，對系統的實(shí)際需求進(jìn)行分析；對系統的功耗進(jìn)行分析；結合實(shí)際需求和功耗的分析結果，設計程序（程序設計采用中斷喚醒的模式）；采用限度的數據保存形式，確保程序進(jìn)入休眠狀態(tài)；各個(gè)功能模塊相互獨立，內部功耗保持平衡穩定；將模塊間的交換信息設計成中斷喚醒方式，調試好后進(jìn)行功耗考核。

 

3.1概述

       開(kāi)關(guān)柜溫度在線(xiàn)監測系統是基于470MHz無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)開(kāi)發(fā)的針對開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行測溫的系統，可對開(kāi)關(guān)柜分別為母線(xiàn)排、上下觸頭、電纜接頭，柜體表面等部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，方便運維人員及遠程監控中心掌握現場(chǎng)設備運行情況。

3.2應用場(chǎng)所

變電所，配電室，箱變等

配電室箱變數據中心機房

3.3系統架構

開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測溫系統由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、測溫通訊終端（溫度顯示儀）、溫度監測預警工作站三部分組成，

 

3.4系統功能

3.4.1實(shí)時(shí)監測

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示各測溫節點(diǎn)的溫度數據及有關(guān)故障、告警等信息。

3.4.2溫度查詢(xún)

     溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）：

3.4.3運行報表

     查詢(xún)各回路設備運行溫度報表。

3.4.4實(shí)時(shí)報警

     壁掛式無(wú)線(xiàn)測溫監控設備具有實(shí)時(shí)報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出警告。設備提供以下幾種告警方式：

1）彈出事件報警窗口。

2）實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警。

3）短信警告?？梢韵虬l(fā)送告警信息短信（需選配）。

3.4.5歷史告警查詢(xún)

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統能夠對所有告警事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

3.4.6用戶(hù)權限管理

      Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

3.4.7定值設置

     用于修改高溫定值、超溫定值。

     WEB，手機APP（可選）：

     通過(guò)和手機APP展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息，設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

3.5.產(chǎn)品選型

3.5.1無(wú)線(xiàn)測溫傳感器選型

3.5.2收發(fā)器選型

3.5.3測溫通訊終端（溫度顯示儀）選型

3.6典型配置方案

3.6.1高低壓柜內電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫（單柜就地顯示）

a）配置方案

 

說(shuō)明：ARTM-Pn通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收60只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

b）安裝實(shí)例

ARTM-PnATE100接點(diǎn)測溫ATE200母排測溫ATE400斷路器觸頭測溫

 

3.6.2高壓柜內電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫帶操顯功能（單柜就地顯示）

a）配置方案

說(shuō)明：ASD320通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收12只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

 

b）安裝實(shí)例

ASD320ATE200觸頭測溫ATE400母排測溫ATE100M柜體測溫

3.6.3高低壓柜內電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫（集中就地顯示/就地無(wú)顯示）

a）配置方案

說(shuō)明：觸摸屏通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。如果現場(chǎng)不需要就地顯示，可以直接通過(guò)ATC的RS485接口，把數據傳送到值班室的遠程溫度監控系統。

b）安裝實(shí)例

ATP070ATCATE200接點(diǎn)測溫ATE200電容器表面測溫

3.6.4就地壁掛式集中顯示方案（適用于改造，不方便在柜子上加裝顯示屏的現場(chǎng)）

方案一：Acrel-2000T/A就地集中顯示：

 

說(shuō)明：Acrel-2000/A通過(guò)RS485接口連接ATC實(shí)現開(kāi)關(guān)柜溫度集中顯示，可接收240只無(wú)線(xiàn)溫度傳感器ATE100/100M/200/400/100P/200P。

方案二：Acrel-2000T/B就地集中顯示：

說(shuō)明：Acrel-2000T/B不僅可以通過(guò)RS485連接多種ATC收發(fā)器接收所有型號傳感器實(shí)現集中顯示，還可以通訊連接配電室內無(wú)線(xiàn)測溫相關(guān)就地顯示裝置實(shí)現集中顯示，同時(shí)還可以連接配電室內智能操控、微機保護、電力儀表等電力監控設備進(jìn)行監測。

3.6.5低壓電氣接點(diǎn)有線(xiàn)測溫、變壓器繞組測溫

a）配置方案

說(shuō)明：ARTM-8溫度巡檢儀可配8路Pt100傳感器，有線(xiàn)連接，Pt100傳感器客戶(hù)自配，測量低壓電氣接點(diǎn)時(shí)Pt100傳感器需做好絕緣處理。

b）安裝實(shí)例

ARTM-8PT100

 

       綜上所述，伴隨著(zhù)電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)以及集成技術(shù)的快速發(fā)展，使得無(wú)線(xiàn)資源的應用越來(lái)越廣泛。尤其是在高壓變電站溫度測量預警的使用中，為了降低設備的事故率，需要借助高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統實(shí)現對輸電線(xiàn)路中，輸變線(xiàn)路的母線(xiàn)接頭溫度的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)對高壓變電站電力設備進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)溫度監控，有效地降低了傳統溫度測量系統安全性低、準確性差等問(wèn)題。伴隨著(zhù)人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、現代通信技術(shù)以及信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，對變電站進(jìn)行輸變線(xiàn)路的溫度進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，及時(shí)發(fā)現火災安全隱患并進(jìn)行預防措施已經(jīng)成為可能。本文主要研究的是無(wú)線(xiàn)測溫預警系統，是基于無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)和傳感器技術(shù)的溫度在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測系統，通過(guò)該系統可以有效地確保變電站輸變電線(xiàn)路的正常運行，提升變電站電力系統運行的自動(dòng)化程度，大限度的降低故障維修次數。

 

[1]楊紅光.基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線(xiàn)測溫系統設計[J]山東大學(xué)，2013-03-20.

[2]文博，高盛，王昭濱，王開(kāi)成，于國良.高壓變電站無(wú)線(xiàn)測溫預警系統的設計.

[3]安科瑞電氣設備溫度監控解決方案.2021.06月版.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06月版.

 

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測溫系統的研發(fā)與應用，