簡析無線在低壓大電流斷路器上的應用和設計

摘要：論述無線測溫技術在低壓大電流斷路器上的應用，通過安裝無線測溫預警系統(tǒng)解決了大電流設備故障給電廠安全生產(chǎn)帶來的困擾，對保障電廠安全運行具有重要作用。

   關鍵詞：無線測溫；低壓電器大電流斷路器；電廠安全

 

0引言

   在電廠中，低壓大電流供電設備隨處可見，在長期運行過程中這些設備的斷路器觸頭及斷路器與母線之間的連接插接件等部位會因為低壓母線表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動、斷路器插接件老化及制造、運輸、安裝不良等問題引起接觸電阻過大，造成設備過熱。如果無法監(jiān)測這些發(fā)熱部位的溫度，使其得不到及時檢修，那么發(fā)熱情況將進一步惡化，可能導致斷路器爆炸、起火，燒毀開關柜，引發(fā)惡性事故，從而造成重大經(jīng)濟損失。及時測量母線接頭與斷路器插接件觸點溫度，為采取有效措施提供準確信息，將是電廠實現(xiàn)長周期安全運行的重要保障。

   洪江電廠安裝有6臺單機45MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量為270MW，投產(chǎn)時為國內(nèi)單機容量燈泡貫流式機組。電廠廠用電壓為400V，原廠用400V低壓斷路器柜為河南新鄉(xiāng)豫北電器廠生產(chǎn)的低壓GCY型組合抽出式開關柜，目前已運行13年。隨著運行年限的延長，設備不斷老化，近年來頻繁出現(xiàn)斷路器插接件與母線接觸不良，大負荷時發(fā)熱導致斷路器插接件燒焦變形等情況。此前電廠無專門400V大電流斷路器測溫設備，以上缺陷均是通過每天3次的人工測溫發(fā)現(xiàn)的，由于不是24小時不間斷監(jiān)測，因此這些缺陷的發(fā)現(xiàn)均有一定滯后時間。另外，檢測點多，檢測位置復雜，人工測溫費時費力，甚至還威脅測溫人員人身安全。

   2014年下半年，洪江電廠決定對公用廠用400V低壓系統(tǒng)進行改造。為提高設備自動化水平，實現(xiàn)24小時不間斷在線監(jiān)測，自動報警，同時減少人工測溫工作量，防范人工巡查測溫時存在的觸電安全風險等因素，采用了“溫度在線監(jiān)測裝置＋無線測溫技術"，以實現(xiàn)廠用400V低壓系統(tǒng)溫度實時監(jiān)測。

 

1無線測溫系統(tǒng)構成及安裝位置

1.1無線測溫系統(tǒng)總體介紹

   無線測溫系統(tǒng)整體上分為采集層、收集層和監(jiān)測層。采集層由無線溫度傳感器組成；收集層為就地集中顯示裝置，通過無線和采集層連接，通過網(wǎng)絡或光纖和監(jiān)測層連接；監(jiān)測層為測溫后臺，可選擇10/100M局域網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡等通信方式聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進行管理，并定時存儲到數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶要求對實時數(shù)據(jù)庫中的信息進行記錄，形成歷史數(shù)據(jù)庫，能提供分、時、日曲線顯示，報表打印，超溫記錄，并及時發(fā)出報警信號；支持數(shù)據(jù)共享，提供給第三方讀取測溫數(shù)據(jù)，將測溫數(shù)據(jù)放入綜合管理平臺中。系統(tǒng)框圖如圖１所示。

 

圖1系統(tǒng)框架

1.2無線測溫系統(tǒng)主要設備

（1）無線溫度傳感器。在每個需要監(jiān)測溫度的節(jié)點上安裝一個無線溫度傳感器。該傳感器每隔一定時間自動測量所在節(jié)點的溫度，并發(fā)送給集中顯示裝置。

（2）集中顯示裝置。自動收集并顯示無線溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，并在收到測溫后臺的讀取命令后把收到的數(shù)據(jù)上傳測溫后臺。

（3）測溫后臺。測溫后臺為一臺工控計算機，用來定時讀取和存儲從集中顯示裝置中收集的溫度數(shù)據(jù)。

2無線測溫系統(tǒng)主要功能

2.1無線溫度傳感器

（1）每個溫度探頭具的ID號，實際安裝使用時需要記錄每個無線溫度傳感器的安裝地點，并與編號一起存入測溫后臺數(shù)據(jù)庫及集中顯示裝置中。無線溫度傳感器每隔一定時間自動發(fā)射一次監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，由集中顯示裝置收集并記錄所在區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)并通過光纖傳輸至測溫后臺，發(fā)現(xiàn)異常立即報警，避免了人工測溫方法存在的滯后、工作量大、不安全等問題，非常適合具有大量監(jiān)測點的電廠，提高了電廠的自動化程度，減輕了人工測溫時的繁瑣工作。

（2）無線溫度數(shù)據(jù)傳輸。無線溫度傳感器與測溫終端之間的無線連接，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護，又減少了對電廠安全運行的影響，使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高。無線通信選擇工作于ISM工作頻率，對人體無傷害，對周圍設備無電磁干擾，符合FCC標準和無線管理規(guī)定。

（3）無線溫度傳感器技術指標。①測量溫度范圍為-40-+125℃。②測量精度：0-80℃精度誤差為±1℃，80-150℃精度誤差為±2℃。③探頭使用壽命為5-8年。④傳感器絕緣強度為AC2KV1min。⑤阻燃性能：無線溫度傳感器250℃耐高溫、絕緣阻燃型。⑥外觀尺寸：傳感器盒部分為80mm（長）×40.5mm（寬）×14.8mm（高），電池盒部分為68.5mm（長）×23mm（寬）×22mm（高）。⑦工作頻率為2.4GHZ～433MHZ。⑧傳輸距離為250m（無阻擋）。

2.2集中顯示裝置

（1）集中顯示裝置功能特點。①采用高精度無線傳輸，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護，又減少了對電廠安全運行的影響，使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高，并在高溫高濕環(huán)境下具有的長期穩(wěn)定性。②可擴展性，每個測溫接收通信終端接收容量為100個測溫回路（每回路包含3個測溫傳感器），給以后擴容留有足夠空間，而無需增加新的接收裝置。③儀表內(nèi)部具有EEPROM，設定參數(shù)掉電不丟失；具有Watchdog芯片，程序跑飛自動復位；具有RTC實時時鐘；具有以太網(wǎng)接口。④測量數(shù)值由高亮度TFT液晶顯示屏直接顯示；報警溫度設定值直接在面板上設定。⑤自動檢測傳感器，無傳感器信號時自動關閉受控元件。⑥安裝方便，可安裝在開關柜上，也可固定在墻壁或其它物體上。⑦抗干擾能力強，能準確識別和接收探頭發(fā)出的溫度信號，而不受其它設備的影響。

（2）集中顯示裝置技術指標。①接入測溫點數(shù)為每臺接入100回路（每回路包含3個測溫傳感器）。②通信方式為RS485接口（光電隔離）1個、433M無線接口1個、網(wǎng)絡接口1個，通信協(xié)議為Modbus-tcp，同一間配電室內(nèi)（無墻壁阻擋）300m可有效接收。④接收間隔時間為1s。⑤IO端口容量為2路繼電器輸出（報警、預警輸出）。⑥工作電源為AC/DC220V，功耗不大于10W，工作溫度為-20～85℃。⑦事件記錄為循環(huán)記錄報警事件。⑧溫度門限為每個柜可單獨設置報警值和預警值。

2.3測溫后臺功能特點

測溫后臺為一臺工控計算機，測溫系統(tǒng)采用B/S結構，使用瀏覽器直接查看測溫點溫度，除需要安裝瀏覽器顯示插件外，并不需要額外安裝客戶端程序。

（1）能通過后臺實時、直觀地觀察開關柜內(nèi)斷路器一次插頭和電纜接頭等電氣接點運行溫度的變化情況。

（2）通過接收到的所有現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，能自動生成開關柜內(nèi)一次插頭和電纜接頭時間段的溫度變化趨勢、歷史事件統(tǒng)計，及需要的曲線圖和圖表。

（3）報警溫度可根據(jù)用戶的實際情況自行設定，對到達預警值和報警值的監(jiān)測點能彈出報警窗口，并語音提示報警。報警值的設置有以下幾種方式：預警溫度（超上限）、報警溫度（超上上限）、某點溫度超三相溫度差別大（橫向對比超限）、某點溫度突然變化（趨勢超限）。

（4）可保存溫度數(shù)據(jù)和報警溫度、時間等參數(shù)，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢。

3無線測溫技術優(yōu)點

（1）溫度傳感器采用無線傳輸技術發(fā)射數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)接線方式更安全。采用傳統(tǒng)硬接線方式通信，不但接線復雜，而且會帶來干擾、高壓擊穿等危險。電廠選擇無線傳輸技術采集斷路器溫度數(shù)據(jù)，可簡化現(xiàn)場硬配線，提高系統(tǒng)安全性能。

（2）現(xiàn)地設置集中顯示裝置，每個測溫通道可單獨設置預警、告警定值，并帶干接點輸出。為了便于收集斷路器溫度，在各配電室安裝集中顯示裝置。該裝置具有超溫聲光報警、干接點報警、巡檢等功能，各組被測點的名稱、溫度閥值可獨立設定，當檢測到的溫度超過設定閥值時，自動發(fā)出過溫報警信息，并能根據(jù)不同的報警狀態(tài)調整告警級別（預警和緊急告警），快速通知檢修人員及時處理故障。

（3）實現(xiàn)遠程服務器與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信，方便上位機實時監(jiān)控、查詢分析。通過開發(fā)、配置后臺服務器與計算機監(jiān)控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)在計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機實時監(jiān)控、查詢分析功能。通過對比能及時掌握設備運行趨勢，發(fā)現(xiàn)隱患并處理，有效避免超溫導致電氣設備絕緣老化擊穿引發(fā)短路、燒毀的事故及開關柜火災的發(fā)生。

 

4安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及產(chǎn)品在開關柜中的應用

4.1應用場景

   Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力設備安全性的要求，總結國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，專門研制出的新一代無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保電力系統(tǒng)的安全運行。為電力設備的安全、經(jīng)濟、可靠運行提供了全新的解決方案。

 

4.2主要功能

   電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

數(shù)據(jù)采集與處理（模擬量、開關量、電度、SOE、定值）

控制操作（斷路器、隔離開關、分接頭、復歸）

報警及處理功能（設備狀態(tài)異?；蚬收稀y量值越限，聲音、顏色、閃爍）

事件順序記錄SOE（分合閘記錄、保護及自動裝置的動作順序記錄）

遠動功能（為調度中心提供相關運行數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)）

時鐘同步（北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統(tǒng)標準時鐘誤差不大于1ms）

人機聯(lián)系與運行管理（控制、查看、數(shù)據(jù)庫定義修改、報警確認、二次開發(fā)、事故記錄檢索、在線設備管理）

與其他設備接口（微機保護、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調度）

4.3現(xiàn)場圖片

   

4.4測溫產(chǎn)品選型

5.結束語

   洪江電廠廠用400V低壓系統(tǒng)改造中，建成了一套400V低壓大電流斷路器無線測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)了對洪江電廠大部分大負荷斷路器的24小時不間斷監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)廠用400V低壓系統(tǒng)重要斷路器的關鍵部位老化、插接不良、接頭松動、表面氧化、電化腐蝕、過負荷等不安全運行狀態(tài)，提高了廠用400V低壓系統(tǒng)安全運行水平。目前，該測溫系統(tǒng)運行穩(wěn)定，多次及時發(fā)現(xiàn)機旁動力屏及直流盤室動力盤斷路器發(fā)熱現(xiàn)象并進行處理，確保了電廠的安全穩(wěn)定運行。