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冶金集團開關柜溫度在線監測系統技術方案書
來源:正瑞電子        瀏覽:2080         發布日期:2018-12-21

1. 綜述

現代社會對電能的依賴性極高,用電密度越大的地區對電的依賴性越高,因而對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求。

變電站的高壓開關柜是最重要的電氣設備之一。在設備長期運行過程中,開關柜中的動、靜觸頭等部位會因制造、運輸、安裝不良及老化引起接觸電阻過大而發熱,如果這些發熱部位的溫度無法監測,得不到及時檢修,則最終會導致火災事故的發生。近年來,在發電廠和變電站已發生過多起開關柜過熱,造成火災和大面積的停電事故。這些現象在大電流開關柜如進線柜上尤為突出,且影響極大。為避免此類事故的發生,安裝一種能即時監測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切.

通過監測開關柜內觸頭溫度的運行情況,可及時有效地防止開關柜的火災發生。

但由于開關柜全封閉運行,內部空間狹小且具有裸露高壓,無法進行人工巡查測溫,因此實現溫度在線監測是保障高壓開關柜安全運行的重要手段。

高壓測溫需通過無線傳輸實現傳感器與低壓部位安裝的監測儀表高壓隔離,因此處于高壓端的傳感器,其工作供電是需要解決的一個難題。

傳統無線測溫系統廠家均采用電池供電方式,該方式高溫下電池壽命大大降低,實際壽命很不確定。大量使用,需頻繁停電更換電池,后期維護成本高;存在安全隱患,電池長期處于高溫下存在液體滲漏或爆炸危險;直接影響一次系統安全;為了減少功耗,數據提取間隔時間長,實時性差。

山東正瑞電子有限公司發明的新型無線測溫傳感器,不含任何電池,采用感應供電方式解決了高壓端的無線傳感器供電問題。

開關柜觸頭測溫方式分為3種:感應供電無線測溫和電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。

(一)感應供電測溫的特點:

1、溫度巡檢速度快,巡檢周期短,采樣周期為5-10秒,發射周期同樣為5-10秒,能及時發現運行中的溫度異常,及時報警,能真正起到報警的作用。

2、 無需更換電池,免維護。特別是常年不能停電的重要設備,運行壽命達10年以上無需維護。

3、 隨著技術的發展,測溫的電流門檻值在不斷減小,目前已經做到啟動電流為3A。對于開關柜的觸頭接觸電阻來說,小于3A引起觸頭發熱的現象可以忽略。

 

(二)電池供電測溫的特點:

1、采用以色列電池,耐高溫,但高溫或低溫下能量損失快造成壽命變短。

2、電池方式傳感器不適合在動觸頭上安裝。因為傳感器電池盒為突出物體,與高壓觸臂接觸,為高壓等電位。在落灰情況下,傳感器外殼形成高壓電極,極易形成高壓放電,引起二次事故。(因此南網公司已經不建議使用電池方式觸頭測溫。)

3、電池能量非常有限,因此各廠家不得不采取延長采樣周期的方法來延長電池壽命。一般情況下,每隔5分鐘采樣一次并且室溫條件下的壽命為不到1年;每隔1小時采樣的壽命為1年半-2年,在大負荷發熱情況下(正常情況)則壽命迅速衰減。盡管各廠家采取減少無線發射的各種措施,仍然難以有好的改觀。(注:以色列電池在無任何負載放電情況下的常溫存儲時間為小于8年)

4、采樣周期的延長,對于運行中的事故前兆-溫升來說是致命的,極易在傳感器休眠期間被忽略,從而喪失了最關鍵的初次報警時機。

5、電池在消耗到不足以支持傳感器運行時,往往發出誤報警,造成運行人員誤判。此時會給運行人員造成巨大工作壓力。

 

(三)紅外測溫方式特點

1、紅外測溫方式為非接觸式測溫,傳感器安裝在柜壁上,由采集儀表供電,無需考慮供電問題。

2、紅外測溫由于紅外器件本身發熱的物理原因,會引起測溫過程中溫度漂移(即溫漂),造成數據誤差較大,引起誤報警。這是目前尚無法解決的。

3、紅外測溫傳感器只能安裝在母線倉和出線倉,照射銅排,測量銅排溫度,不能很好的反應觸頭發熱情況。

4、安裝后,由于母線難以停電,因此無機會進行維護維修。

5、制造成本高,造成投資稍高。

 

2. 產品簡介

2.1 總體結構

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2.2 無線溫度監測器

連續監測高壓開關柜內觸頭的運行溫度,由數字顯示屏循環顯示出每個帶電觸頭的溫度值,可確定觸頭的過熱程度,當發生超溫時,儀器發出報警指示。并可將溫度值通過RS485接口傳到計算機作進一步數據處理,實現開關柜溫度的集中監測。

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2.3 無線溫度傳感器

無線溫度傳感器用于測量高壓開關柜內的裸露觸點、母線連接處和小車觸臂內的運行溫度。無線溫度傳感器是由溫度傳感器件、信號處理及無線發射器、感應電源三部分組成。

溫度傳感器具有小巧的體積,當與被測物體表面直接接觸時,能保障快速測量溫度的變化,并將溫度變化的信號傳到信號處理及無線發射器,進行信號處理并將處理后的信號通過無線傳輸到溫度檢測器。感應電源由感應電源組成,感應電源采用小CT磁飽和技術由一次電流感應出電源,將其安裝在開關柜觸頭上,當開關柜負荷電流在3A以上時,感應電源即可感應提供給傳感器穩定的工作電壓。

 

3. 現場情況及需求分析

3.1、需溫度監測的開關柜分布情況

現場需要對開關柜動觸頭進行在線溫度監測,當溫度過高或溫升過快時通過本地監測器和監控中心軟件報警。需監測溫度開光柜高配站和總降站合計 75臺 ;

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110KV總降站需監測溫度開關柜44臺;(數量情另行核實)開關柜分配位置如下:

高配站需溫度監測開關柜統計:

1)   動力中心:2臺進線柜;

2)   閃速熔煉:2臺進線柜;

3)   一期硫酸:2臺進線柜 ;

4)   渣選 :3臺進線柜,4臺磨機;

5)   二期硫酸:2臺進線柜,SO2風機一臺 ;

6)   閃速吹煉:2進線柜;

7)   凈液:2臺進線柜;

8)   二期電解:2臺開關柜;

9)   一期電解:2臺進線柜,2臺整流柜;

10)  二期制氧 :2臺開關柜;

11)  一期制氧:2臺進線柜,1臺空壓機開關柜;                                                                                                           

3.2、各站點數據通信網絡情況

總降站與調度中心具有光纖通信網絡交換機,調度中心可以通過網絡監控總降站及各高配站的開關柜運行溫度。

總降站與各高配站之間具有光纖網絡連接的有動力中心、閃速熔煉、一期硫酸、渣選、二期硫酸、閃速吹煉、凈液、二期電解、一期電解、一期制氧,共十個高配站。

二期制氧與總降無光纜,需要布設300米光纜。

一期制氧需要增加交換機。

3.3 總降站及各高配站現場均需要環境溫濕度遠程監測。

3.4 實現開關柜在線測溫溫濕度監測,數據通過光纖通信網絡,上傳到總降站監控服務器,調度中心實現遠程監控。

 

4. 技術方案

3.1 系統結構圖

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3.2 系統說明

3.2.1無線溫度傳感器

在開關柜小車的6個動觸頭后側的觸臂上安裝無線溫度傳感器和感應電源,感應電源在開關柜有電流通過時感應出能量給無線溫度供電,無線溫度傳感器將測得的溫度數據通過無線方式發送給無線溫度監測器。

3.2.2無線溫度監測器

每臺無線溫度監測器可以同時接收128個傳感器的溫度數據并通過液晶屏循環顯示,具有RS485上傳接口;現場無線溫度監測器通過RS485網絡并聯,并通過RS485/網絡接口轉換器轉換為RJ45接口的以太網信號,連接到現場中電網絡交換機,通過TCP/IP協議上傳到總降監控主機。

3.2.3 環境溫濕度傳感器

每個開關室安裝一個溫濕度傳感器,監測環境的溫濕度,具有485接口,溫濕度數據通過485接口并入到無線測溫RS485網絡上。

3.2.4 RS485網絡轉TCP/IP網絡

每個開關站的無線溫度監測器組成現場RS485總線網絡,通過RS485/網口進入現場中電網絡交換機。

3.2.5 總降站監控主機服務器

在總降站安放總降監控主機服務器,安裝ZRMSCADA1.1集中監控軟件服務端Server,監控主機具備雙網口,向下網口連接總降站中電網絡交換機,通過中電網絡采集各高配站溫度與濕度數據并存儲實時數據和歷史數據,并對溫度實時數據進行處理,實現超溫報警。

向上網口連接到調度中心的光纖網絡交換機,調度中心監控主機可通過客戶端查看實時溫度數據,查詢歷史數據,查詢報警事件。

3.2.6 調度中心

在調度中心安放監控主機,該主機運行客戶端監控軟件Client,可通過客戶端查看實時溫度數據,查詢歷史數據,查詢報警事件。

5. 技術參數

4.1 無線溫度傳感器

測溫范圍:-30℃~+200℃

測溫精度:±0.5℃

供電方式:感應取電;

安裝位置:斷路器觸臂動觸頭

無線頻率:430MHz;

發送頻率:10S發送一次;

4.2 感應電源

輸出電壓:5V

工作最小一次電流:3A;

工作大至一次電流:6000A;

尺寸規格:φ60mm和自繞兩種;

4.3無線溫度監測器

供電電壓:AC220V/DC220V;

溫度顯示:液晶屏顯示;

無線接口:430MHz

上傳接口:RS485串口;

通信協議:MODBUS_RTU

報警輸出:1個(無源接點)250VAC,0.6A或24VDC,5A

安裝方式:嵌入式安裝

開孔尺寸:90*90mm

4.4 串口/網口轉換器

站間數據傳輸要求:TCP/IP網絡通信

站內數據傳輸:RS485網絡通信           

4.5中心監控服務器

主要功能

l  數據采集存儲

l  實時溫度顯示

l  溫度超上限報警

l  歷史溫度查詢

l  歷史事件查詢

l  網上數據發布

l  權限管理

用戶可以輸入密碼,進行界面的修改。系統能自動判斷用戶的權限級別。設置報警溫度值,修改溫度監測點顯示樣式。

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監測主界面顯示當前各測溫點溫度。

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如果監測站發生溫度越限,則監測站彈出報警提示,并伴有聲音和光標提示報警,當溫度回落到警戒溫度之下后,報警停止。在有監測點超溫報警的時候系統靜音功能可以關閉聲音報警。

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趨勢圖可以將原始數據記錄下來的溫度值繪制成曲線圖,使用戶更直觀的觀察溫度值的變化。

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用戶可以查看所有的報警事件,也可以任意查詢各時間段的事件。

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6. 現場安裝

5.1 無線溫度傳感器安裝

對應不同的小車斷路器有兩種安裝方式:

5.1.1 對于額定電流小于1250A的斷路器,如果斷路器觸臂有瓷套,將傳感器和感應電源安裝在瓷套內,需要用卡簧鉗將瓷套拆下,裝好后在把瓷套裝上。如果斷路器觸臂上沒有瓷套,在觸臂上安裝完傳感器和感應電源后要用熱縮套管熱縮固定。

5.1.2 對于額定電流大于1250A的斷路器,將無線溫度傳感器捆扎在觸臂上,感應電源的磁芯用硅鋼片現場繞制,最后用熱縮套管熱縮。

安裝圖:

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5.2 溫濕度傳感器安裝

溫濕度傳感器安裝在開關柜二次艙面板上,監測環境溫濕度,并入無線溫度監測器的數據上傳RS485網絡,電源從開關柜內取交流220V。

5.3無線溫度監測器安裝

無線溫度傳感器安裝在柜面上,開孔尺寸為90mm*90mm;電源從開關柜內取,交直流220V都能接入,RS485上傳接口采用屏蔽雙絞線,組網采用串行總線結構,星形總線需要加RS485集線器。

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 正面圖圖                                   反面圖

5.4 RS485串口/網絡轉換器安裝

安裝在交換機柜內,串口端接入連接無線溫度監測器的RS485總線,網口端通過網線接入交換機,通過設置軟件設置器網絡端IP地址和掩碼。

5.5 總降中心監控服務器安裝

采用雙網卡,一網卡與各高配站RS485串口/網口轉換器通信獲取現場溫度數據,一網卡接入調度中心網絡,方便調度中心查看監測開關柜溫度。

監控服務器安裝ZRMSCADA1.1集中監控軟件,軟件監控畫面根據現場情況組態。

5.6 施工方案。

每臺開關柜安裝6個無線溫度傳感器和6個感應電源,每5臺相鄰開關柜可供用一個無線溫度監測器。

兩人配合施工,安裝時間控制在40分鐘以內。一人安裝傳感器,一人開孔安裝溫度監測器。

最后要把上傳總線穿到電纜夾層預留,待站內所有開關柜安裝完畢后,將總線連接起來,布設到站內的網絡交換機處。

7. 配置表

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