由于变配电设备实际运行时承载着高电压、 大电流,因此长时间工作后极易出现表面氧化腐 蚀、紧固螺栓松动、触点和母线压接处老化等问 题,使连接点接触电阻增大、温度升高,如不及时 发现,易造成设备损坏或恶性事故,产生重大经济 损失。
近年来,莱芜钢铁集团公司加大了供配电设 施的改造力度,以提高设备技术水平,保障电力系 统稳定运行,满足对电力供应日益增加的需求。 莱钢35 kV及以下变配电设备主要选用铠装紧凑 型金属封闭开关设备,它具有体积小、操作可靠、 寿命长、耐腐蚀的特点,适宜在现场粉尘多、环境 条件差的工作场所工作。但由于其密闭性好,不 能透过柜门测量内部设备电气连接点,因此传统 的远红外测温方式无法有效地解决测温问题。光 纤式温度在线测温采用光纤传递信号,但其连接 用光纤易受周围环境温度、粉尘的影响,还要承受 绝缘降低、外力侵害等因素,可能导致意外发生[ 1 ] 。 经研究分析,莱钢在部分35 kV及以下变配电室选 用了济南W INALL公司PTWS201系列电力设备无线测温系统,以解决封闭式开关设备电气连接点 不能测温的问题,并实现了温度在线实时监测预 警。
无线测温系统采用无线射频模块与数字温度 传感器相结合的办法,将温度传感器安装到变电 站设备的带电接头触点上,在线适时测量该点温 度后以无线方式将数据上传至电力自动化系统集 中显示,使值班人员在远端监视设备温度运行状 态,当被测点温度超过预先设定的阈值时,发出超 温报警信号,提醒及时消除事故隐患。
1 系统组成
无线测温监控系统硬件主要由四部分组成: 无线温度传感器、测温通信终端、上位管理机(测 温工作站) 、测温管理中心 ,如图1所示。
以莱钢35 kV变电站的某降压站为例,在测温 监控系统中,将高压设备易发热电气连接点作为 测量点,共设有126个测量点,其中35 kV开关柜 45个, 6 kV开关柜81个。针对测量采集点选用了 126个WTS210A型无线温度传感器,两个WTR210 型测温终端,采用MODEL485P转化器与工作站 PC计算机进行数据的转换与传输。
111 无线温度传感器
WTS210A型无线温度测温传感器由控制单 元、无线数据传输模块和温度测量部分组成,它采 用了有源射频识别(RFID)技术、PN温度传感技术 和近距离无线射频技术。有源RF ID利用射频方 式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目 的,具备发射功率低、通信距离长、传输数据量大, 可靠性高和兼容性好等特点,保证其技术性能达 到设计要求。
无线温度传感器负责采集监测点的温度数据,并通过无线方式把采集数据发送至测温终 端[ 4 ] 。主要安装在负荷电流较大容易发热的电缆 头、主刀闸、主变压器引出线等部位,用WTR210J 型专用夹具固定在测温点。每个无线温度传感器 具有唯一的ID编号,实际安装时需要记录每个传 感器的安装地点,并与传感器编号一起存入温度 监测工作站计算机数据库中。传感器每隔一定时 间(可以事先设定)自动发射1次监测点的温度数 据,计算机实时收集并记录所有监测点的温度数 据,发现异常立即报警。避免了试温片、红外等测 温方法需要人工到现场巡视、扫描可能造成的延 误。
112 测温终端
WTR210型测温终端的总体结构主要由3 部 分组成:无线接收模块、控制模块和电源模块。测 温终端负责接收各无线温度传感器(探头)测量和 发送出的温度数据,并通过RS485总线连接,响应 管理软件命令把测温数据上传到管理计算机,实 现多个终端与同1台PC机连接,共享数据。
1个测温终端能够接收到多个探头发出的温 度测量数据,为保证终端的响应速度,规定1个终 端最多接收管理100个探头的数据。每个终端所 管理的探头ID号,在工程实施时,通过专用配置 软件下载到终端中。因此,只要在35 kV 和6 kV 开关室各装设1个测温终端即可满足工艺要求。
113 上位管理机
上位管理机即变电站测温工作站。每个变电 站设立1个温度监测工作站,主要是1台PC机, 经RS485通信接口转换器与各测温终端连接。 温度监测计算机从测温终端周期地自动采集 各监测点的运行温度数据,在数据库中长期保存, 同时实时显示监测点的温度变化曲线,并对数据 进行分析,一旦发现温度过热或急剧升温到设置 报警温度时立即报警。上位管理机还可对监测器 的工作参数进行远程设定操作。
114 测温管理中心
测温管理中心为电力自动化系统调度中心, 通过GSM /GPRS/CDMA 或局域网络等公用通信 信道将变电站现场设备测得的温度数据传输到调 度中心M IS网上,在温度监测中心计算机中进行 显示、存储、分析和报警,这些操作可在网上连接 的任意1台计算机上进行。[ 5 ]
2 系统软件设计
本系统软件采用网络组态软件PTMS201,是完全基于浏览器的监控和数据采集的网络组态软 件,采用IE浏览器进行组态,实现真正的远端监 控、在线下载等功能。该软件在Windows 2000 Server操作系统上运行,主要有以下3个部分。
(1)参数配置程序( PTMS_Config) 主要用来 对测温终端的工作参数进行设定;
(2)工作站运行程序( PTMS_Station) 主要 用于定时读取测温终端中接收到的无线测温数 据,并长期保存;
(3)测温管理中心软件( PTMS2Center) 可以 运行在任意计算机上,其基本要求是该计算机必 须能够通过以太网络与测温工作站建立连接。
211 参数配置程序
参数配置程序在测温工作站的工控计算机上 运行,其主要工作任务如下:
(1)设定工作站运行参数,包括工作站的名 称、工作站与终端之间的通信端口、工作站从终端 读取数据的时间间隔等;
(2)对终端进行管理,如添加终端、删除终端;
(3)设定各终端的工作参数,如终端安装地 点、终端的通信地址以及报警温度门限值等;
(4)对各终端管理的无线温度传感器进行配 置。
经输入或修改后的配置信息全部被保存到指 定的参数文件1dat中。
212 工作站运行程序
工作站运行程序每天24 h连续运行,可周期 性地从测温终端自动读取、存储所有被管理的无 线温度传感器的测量数据。同时还可随时响应管 理中心的数据访问请求。
温度传感器每次读取到的数据按照探头序号 依次显示在测量数据列表中,可选中需要查询的 探头查询详细的温度测量曲线。
213 测温管理中心软件
管理中心程序的功能如下:
(1)数据浏览 查询所有测温点的最新和过 去温度数据,并以图形和列表两种方式显示输出。
(2)异常分析 对任意1 d全部测温点的温 度数据、探头工作情况进行自动分析,如果温度超 限或探头工作异常则打印输出异常分析报告。
(3)趋势预测 使用历史数据对未来进行预 测分析,判断各测温点在未来一段时间内是否可 能出现温度超限,预测结果打印输出。
3 系统特点
在莱钢35 kV及以下变电站中应用的在线温 度无线监测预警系统具有以下特点:
(1)无线传输距离远,抗干扰能力强。无线终 端有效距离100 m,对系统结构而言无线终端是透 明设备,解决了无线测温终端的数据通信问题,保 证了变电站一次回路因增加测温设备而产生的绝 缘问题。
(2) 系统容量大,易于扩展。1个通信管理单 元拥有2个以太网口, 2个485串口,每个串口最 多能接32 个无线通信终端,每个通信终端能带 100个无线测量终端。故一个通信管理单元可以 管理6 400个无线测温终端,即6 400个温度测量 点。
(3) 安装简单,采用专用夹具紧固。对高压 一次设备接点不做改动,保证了设备的完整性。
(4)安装成本低,性能价格比高。
(5)具有免维护性能。
4 结束语
经过在莱钢变电站近1 a多时间的现场运行 表明,无线测温系统运行稳定,操作简便,提供数 据准确,能够满足工艺技术要求,并保证运行值班 人员准确掌握每个电气接点的温度。可以通过设 定传感器测温时间间隔,改变电气接点温度巡检 次数,有效解决对重要负荷、大电流负荷的特殊监 护问题。能够为设备检修、生产调度等生产组织 提供可靠依据,从而有的放矢地开展设备维修,减 少设备故障率,延长设备使用寿命,使生产设备的 预知预控能力大大增强,减轻了运行人员的劳动 强度,有效避免事故的发生,提高了设备的安全运 行水平。该系统投资少,效果明显,可以在35 kV 及以下变配电设备上推广应用。
