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：介紹一種無線測溫技術在變電站電力電纜的應用。
關鍵詞：無線測溫；電力電纜；傳感器
0引言
信息化電網建設是我國在能源領域的重要戰略部署，是電力行業的發展方向。變電站電纜及接頭作為系統運行的重要日常監測對象，其運行溫度是設備運行狀態的重要外在表征（根據運行溫度、相對溫升等信息可以準確判斷設備工作狀態），也可為實現狀態檢修提供重要數據基礎。
日前在線測溫技術實現方式有3種：分布式光纖測溫，沿電纜布設測溫光纜，通過光散射信號強度實現電纜全區域的溫度檢測；點式總線式測溫，沿電纜部位布設溫度傳感器，通過數據總線將溫度傳送到后臺監控計算機實現電纜溫度監控；點式電池供電的無線測溫，在電纜部位放置傳感器，通過ZigBee技術實現無線的數據傳輸。
第一種方式主要缺點是測溫光纜在遭到人為搬運或動物啃咬時光纖易損壞，且投資成本較大；第二種方式主要缺點是布線較多，施工麻煩；第三種方式主要特點是無線傳輸，安裝簡單，成本適中，這里采用此種方式。
1系統原理
無線測溫系統原理如圖1所示。無線溫度傳感器定時測量一次監測點的運行溫度，環境溫度傳感器也會自動測量環境溫度，這些溫度數據通過2.4GHz無線信道傳輸到基站，數據傳輸基站會保存、記錄這些數據。
圖1無線測溫系統原理
主機會定時通過RS-485總線（或CAN）輪詢各基站，各基站將收到的溫度數據傳輸到主機，主機將總線溫度數據進行處理并保存。
主機通過比較設備與環境的相對溫升、室內與室外大氣的相對溫升，分析可能的過熱情況，提前發出預警信號，提醒管理人員進行處理。主機與集控站可以通過以太網方式進行通信，或采用自定義溫度模型按IEC 61850或104標準與集控站通信，也可以通過繼電器給公用測控屏提供多個報警信號。
2系統組成
2.1數據信息分析處理裝置（CX-XYDT-SCT）
數據信息分析處理單元包括一臺基于WindowsOS的控制主機，控制主機是一個具有完善軟件功能的管理平臺，它集成了各種通信協議、圖形化人機交互界面和完備穩定的數據庫。
數據處理單元具有多個RS-232或RS-485標準接口（可選擇定制），對下可進行傳感器等二次設備監測數據的收集匯總；該設備還具有2個以太網口，可通過標準的IEC61850協議完成數據的上傳功能。
該裝置可以完成一個變電站全部電纜、母排接頭、重要設備的溫度管理，也可以嵌入其他管理與控制功能，實現在單一平臺上運行多個管理任務，有效地實現多信息融合和集成，降低用戶的成本。
該裝置配有標準通信接口，可聯網運行，通過上位機，可記錄高壓設備運行溫度的數據，為高壓設備的維修提供依據，實現設備故障的預知點檢。
2.2無線數據接收處理器（CX-WXJZ-1 2.4GHz）
無線數據接收處理器用于收集各類傳感器的無線信號，并通過RS-485總線將數據傳送給數據信息分析處理裝置。它是由MCU、RS-485接口、CAN接口、2.4GHz數字RF收發器、寬輸入DC/DC直流穩壓電源、IP68ABS外殼和高增益定向天線等組成。無線數據接收處理器線纜部分由4根線構成，其中紅、黑線連接電源正極和負極，黃、藍線連接數據線的A線和B線。增益天線無線信號沿天線方向成45°錐體形，可向外擴展300m；全向天線無線信號成圓體形，以50m為半徑向外擴展。
2.3無線溫度傳感器單元（CX-DMC100-SC121）
該單元使用2.4GHz數字無線技術平臺，采用先進的一體化、微型化封裝技術，將無線溫度傳感器直接安裝在電纜、開關觸點、銅排連接點，實現溫度、溫升和相間溫差的實時在線監測，實現智能變電站設備運行溫度的自動管理，為智能變電站的安全運行提供數據支持。設備采用無線電波進行信號傳輸，正常情況下每30s發送一次監測點溫度數據，當溫度超過預設值時則每4s發送一次監測點溫度數據。控制主板顯示畫面會即時告警。
3數據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 溫度節點窗口
溫度節點窗口是提供給用戶用于選擇溫度傳感器節點的輔助窗口，如圖 3 所示。
圖 3 溫度節點窗口
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前配置的全部無線基站（傳感器）信息，如圖 4 所示，在這個頁面上，可直接對各無線基站（傳感器）進行編輯。 這在集中對大規模無線基站設備的修改時，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溫度運行狀態
在溫度運行狀態監視頁面（見圖5），可以對當前配置的所有傳感器（對應實際的溫度點）的溫度與運行狀態進行監視與顯示。顯示的信息包括在線離線狀態、超溫警告、溫升、實時溫度、溫度變化率和電池電壓等。雙擊某個傳感器信息，還可以得到它的詳細信息界面。
圖 5 溫度運行狀態監視頁面
3.5歷史巡檢報告
所有巡檢報告，都在數據庫中進行歸檔，并提供界面以對這些報告進行檢索查看，如圖6所示。指定時間范圍后，點擊“查詢”按鈕，就會在下面的窗口中列出所有符合時間條件的巡檢報告。
圖 6 歷史巡檢報告畫面
3.6 實時數據查看界面
實時數據查看界面如圖 7 所示。
圖 7 實時數據查看界面
3.7溫度歷史數據界面
溫度歷史數據界面如圖8所示。
圖8 溫度歷史數據界面
3.8運行狀態監視
在全屏模式下，默認顯示的就是對全站溫度的狀態監視畫面，如圖9所示。監視信息主要以列表的方式呈現，同時以溫度柱圖為輔助。在溫度列表中顯示了所有配置傳感器的各種運行狀態與數據，點擊任意一列的表頭，可以對該列進行排序，再次點擊，列表將反向排序。
圖 9 運行狀態監視畫面
4 安科瑞無線測溫系統介紹與選型
安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款專業的無線測溫軟件。
4.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信（如圖10），系統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。
圖10 Acrel-2000T無線測溫系統結構圖
4.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能
■實時監測
Acrel-2000T無線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顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、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）
■運行報表
查詢各回路設備運行溫度報表.
■實時報警
壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出告警。
■設備提供以下凡種告警方式：
a.彈岀事件報驚窗口.
b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.
C.短信吿警，可以向指定手機號碼發送吿警信息短信（需選配短信貓）.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
■用戶權限管理
Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。
通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數據庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 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。
■定值設置
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量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。
能耗統計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環比，用電排名。
運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。
■手機APP（可選）
設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線。
4.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型
安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統（如圖11）。
圖11 電氣接點在線測溫結構圖
4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據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 安科瑞無線收發器
無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時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。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。
5 結語
電力電纜無線測溫裝置投運至今，各項性能指標穩定可靠，經檢測，測量精度±1℃，無線通信距離＞300m，溫度測量范圍－10～250℃，有效解決了變電站電力電纜及接頭運行溫度實時監測的難題，為變電站智能化、信息化創造了條件。
【參考文獻】
[1] 呂鋼,伍陸玖.無線測溫技術在變電站電力電纜的應用.
[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
