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淺談無線測溫傳感器遠程測溫技術(shù)的研究

更新時間:2020-08-18   點擊次數(shù):1666次

摘要:研究設計基于感應取電方式的電力無線測溫系統(tǒng),測溫終端檢測到設備溫度后,通過采集器匯總處理并利用Zigbee組網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù),監(jiān)控通過后臺軟件可以監(jiān)視整個高壓輸配電線路的溫度情況,進而作出正確的決策。

關(guān)鍵詞:Zigbee溫度傳感器;遠程測溫

0.引言

電力設備安全可靠性是規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全運行的重要保障,隨著經(jīng)濟的快速增長,*的供電負荷日益增加,同時也給電網(wǎng)電氣設備帶來了一系列的安全問題。電網(wǎng)設備中的觸頭和接頭是電網(wǎng)安全的重要隱患,如高壓開關(guān)設備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良,加上長期大電流、觸頭老化等因素易導致接觸電阻變大,造成觸頭溫升過高,然后發(fā)生高壓柜燒毀事故。電纜接頭隨著運行時間的延長會出現(xiàn)壓接頭松動、絕緣老化以及局部放電、高壓泄漏等問題,從而引起發(fā)熱和溫升,這將使其運行狀況進一步惡化,促使溫度進一步提升,這一惡性循環(huán)的結(jié)果就是引發(fā)短路放炮,甚至火災。因此,電力設備安全運行實時監(jiān)控的實施迫在眉睫。相比常見的示溫蠟片法、紅外測溫儀、光纖測溫系統(tǒng)等,電力無線測溫系統(tǒng)實時性強、性價比高、安全可靠,利用該方式測量高壓環(huán)境溫度已成為一種趨勢。

1.系統(tǒng)實現(xiàn)方式

無線測溫終端采用自取電的方式進行供電,采用全數(shù)字方式工作,該終端附著在高壓電器上,等電位監(jiān)測設備運行狀態(tài)。無線測溫終端把溫度信號通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器,采集器可以接收多個測溫終端的數(shù)據(jù),同時把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊,然后進行組網(wǎng)傳輸,每個采集器就是一個Zigbee節(jié)點設備,相鄰的節(jié)點通過集中器組成一個Zigbee網(wǎng)絡,實現(xiàn)與各個節(jié)點設備的數(shù)據(jù)通信以及收集匯總,然后通過GPRS上傳給監(jiān)控。為保證Zigbee網(wǎng)絡的可靠穩(wěn)定和實時性,可以在輸電線路中組成若干個網(wǎng)絡。監(jiān)控可以實時監(jiān)控每個發(fā)熱點溫度的變化,工作人員足不出戶就能掌握整個高壓系統(tǒng)的發(fā)熱狀況,進而作出正確的決策。

2.系統(tǒng)組成

無線測溫系統(tǒng)旨在解決常規(guī)測溫手段實時性差、受安裝環(huán)境限制大、無法實現(xiàn)對封閉設備測溫的難題,滿足戶外輸配電線路及無人值守變電站對主要設備溫度實時監(jiān)控的需求。在實際設計中主要需解決以下問題:對主要設備關(guān)鍵部位溫度的實時采集,溫度信號的傳輸方式及監(jiān)控后臺軟件的設計。系統(tǒng)相應的設備包括:

(1)無線測溫終端。無線測溫終端采用電流互感取電的方式供電,包括溫度傳感器和測溫主機。溫度傳感器附著在發(fā)熱點上,并和測溫主機通過導線相連接。溫度采樣后,測溫主機把溫度數(shù)據(jù)通過頻段為433MHz的無線方式傳送給采集器。

(2)采集器。采集器可以同時接收多個測溫終端的數(shù)據(jù),進行匯總處理,然后把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給內(nèi)置的Zigbee模塊,進行組網(wǎng)傳輸,每個采集器就是一個Zigbee網(wǎng)絡的節(jié)點設備,相鄰的節(jié)點可以組成一個Zigbee網(wǎng)絡,實現(xiàn)與各個節(jié)點設備的數(shù)據(jù)通信,解決了頻段為433MHz的無線方式傳輸數(shù)據(jù)距離有限的問題,擴大了溫度監(jiān)控的范圍。

(3)集中器。由集中器組建成Zigbee網(wǎng)絡,對網(wǎng)絡中各個節(jié)點設備的數(shù)據(jù)進行匯總,然后通過GPRS把數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控。若輸電線路距離很遠,可以由若干個集中器把相鄰的節(jié)點設備各自組成一個Zigbee網(wǎng)絡,提高系統(tǒng)溫度采樣的實時性。

(4)監(jiān)控后臺軟件。通過配套軟件的開發(fā)應用,無線測溫系統(tǒng)監(jiān)控端可對采集的數(shù)據(jù)進行分組編輯定義,實現(xiàn)不同的預警功能;還可以應用軟件建立歷史溫度數(shù)據(jù)庫,為電力系統(tǒng)設備的狀態(tài)檢修提供決策信息,提高決策的正確性。

3.關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)

無線測溫終端的供電方式為感應取電,即將高壓輸電線路周圍感應的電磁能量轉(zhuǎn)化為電能。該終端的取電性能,無工作盲點。只要有3A以上一次電流就可以讓測溫主機正常工作。取電感應線圈采用特殊的軟磁合金材料,產(chǎn)熱很小,在5000A的大電流下對檢測點沒有任何影響,不同于傳統(tǒng)硅鋼片,取電能量很高,產(chǎn)熱很嚴重,會升高檢測點的溫度。對于感應取電方式的監(jiān)測模塊往往存在模塊本身在大電流情況下產(chǎn)熱嚴重的問題,喉箍式雙模測溫終端通過對材料和結(jié)構(gòu)的改進,*避免了該現(xiàn)象。通過以上措施,保證無線測溫終端穩(wěn)定可靠,抗干擾性強。

無線測溫終端通過433MHz的無線信號把溫度信息傳給采集器,采集器可以同時接收多個無線測溫終端的溫度信息,但由于是無線信號,無法把溫度信息直接傳輸給監(jiān)控,若每個采集器都加裝一個GPRS模塊,成本會比較高,同時也增加了系統(tǒng)的復雜程度。因此,為簡化系統(tǒng),同時保證數(shù)據(jù)可靠實時傳輸,采用了Zigbee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù),主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立,具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、工作可靠、價格低的特點。它是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的無線數(shù)傳網(wǎng)絡平臺,每個Zigbee網(wǎng)絡數(shù)傳模塊之間都可以相互通信。正是由于這些特點,在采集器中內(nèi)置了Zigbee模塊,使之成為一個Zigbee節(jié)點設備,集中器把相鄰的采集器組成網(wǎng)絡,進行溫度數(shù)據(jù)傳輸及匯總,然后通過GPRS上傳給監(jiān)控。這樣一來,可以大大減少GPRS模塊的裝配數(shù)量,地降低了成本。在長距離的輸配電線路中,為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、可靠性,可以組建若干個Zigbee網(wǎng)絡。這樣就保證了在戶外環(huán)境惡劣的條件下,無線測溫終端的溫度數(shù)據(jù)也得到便捷的傳輸,增加了系統(tǒng)的靈活性、可靠性。

4.系統(tǒng)特點

(1)測溫終端采用分體設計。溫度傳感器與測溫主機采用分體設計,溫度傳感器與測溫主機之間通過帶屏蔽、抗高溫老化線連接,傳感器位于高溫區(qū),而測溫主機遠離高溫區(qū)。另外,測溫主機與所連接母排或?qū)Ь€間有一定的縫隙,地阻隔了熱傳導,保障測溫主機工作在正常溫度,提高了設備運行的可靠性。

(2)組網(wǎng)靈活,范圍廣。通過Zigbee技術(shù),把相鄰的各個節(jié)點設備組成小網(wǎng)絡;通過GPRS移動通信網(wǎng)將各個小網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控,可以組成大范圍的遠方溫度監(jiān)測網(wǎng)絡。

(3)可靠性高。系統(tǒng)處于高電壓環(huán)境中,具備高度的可靠性和安全性,保障了監(jiān)控人員及監(jiān)測系統(tǒng)、電力設備的安全。

(4)結(jié)構(gòu)合理。由于電力系統(tǒng)中設備運行環(huán)境復雜,合理的結(jié)構(gòu)設計保障了設備安裝適用不同的環(huán)境。選用器件集成度高,功耗低,可靠性高。多層屏蔽技術(shù)抗干擾能力強,軟件輔助糾錯保證了數(shù)據(jù)采集準確、傳輸可靠。

5.安科瑞測溫產(chǎn)品介紹

a.電池供電型無線溫度傳感器

安裝于發(fā)熱部位,采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/span>

目前無線溫度傳感器有三款:

b.CT感應取電無線溫度傳感器

安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處,采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/span>

目前無線溫度傳感器有兩款:

安科瑞無線測溫就地顯示配置:

ASD300/320智能操控裝置可連接12路無線溫度傳感器,ARTM-Pn無線測溫裝置可以連接18路無線溫度傳感器,無源(CT取電)方式為ATE300(捆綁式安裝),有源(電池供電)方式為ATE100(螺栓式安裝,主要用于電纜/銅排等螺絲固定的搭接點)和ATE200(表帶式,主要用于斷路器觸頭等接點捆綁安裝,因安裝較ATE100更方便,電纜/銅排等搭接點也常選用)。

 

圖1無線測溫帶操顯功能(就地顯示)

Acrel-2000T/B無線測溫壁掛式監(jiān)控設備,內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口,顯示器12寸,分辨率800*600,可選Web平臺/App服務器,柜體尺寸480*420*200(單位mm),配置IPAD,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實時顯示溫度分布以及報警等詳細參數(shù)。 

 
 

 圖2無線測溫采集設備配置方案

6、結(jié)語

無線遠程測溫系統(tǒng)可以實時監(jiān)測輸配電線路各個發(fā)熱點的溫度情況,減少了設備次數(shù),降低了運營成本。另外,通過長時間的運行數(shù)據(jù)收集整理,輸配電線路各主要設備均建立了自己的溫度數(shù)據(jù)庫,為實現(xiàn)設備狀態(tài)檢修提供了決策信息,有利于共同營造安全生產(chǎn)的良好氛圍,實現(xiàn)安全生產(chǎn)的目標。

【參考文獻】

  • 徐元哲,王樂天,劉雪冬,等,電力電纜接頭測溫系統(tǒng)的設計[J],高電壓技術(shù),2009(12)
  • 羅一鑌,楊元凱,殷青義,曹波,基于無線溫度傳感器的實時遠程測溫技術(shù)研究。
  • 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版。

 

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