淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：電纜隧道環境惡劣，長期運行存在安全隱患，常規監測手段無法實現有效監管。因此，文章開發了一套重點區域電纜實時在線無線測溫預瞽系統，實現對重點區域的電纜溫度及周圍環境的氧量、濕度、水位等的實時預警監控，在隧道環境發生劣化或故障早期，系統會給出異動提示，為設備狀態檢修奠定技術基礎。
關鍵詞：無線傳感技術；電纜；傳感器；電力系統
引言
對高壓帶電設備各連接點、傳輸點溫度在線監測是保證電網安全運行的重要內容。重點區域電纜溫度在線監測和記錄，是設備檢修的重要依據。目前，國內主要應用主從式測溫系統，這種方法精度較差，僅獲得線路的局部溫度。無線式溫度在線檢測裝置用無線電波進行信號傳輸，傳感器安裝在高壓設備上，從根本上解決了高壓設備接點運行溫度不易監測的難題。采用無線溫度監測方式具有高的可靠性和安全性。價格低廉，該系統可以安裝到每臺高壓開關及母線接頭上，可記錄高壓開關設備運行溫度的數據，實現設備故障的預知維修。
1. 無線測溫傳感系統設計
1.1 無線測溫傳感系統方案設計
無線測溫在線監測系統，利用電纜上的無線溫度傳感器實現對電纜溫度在線監測，并通過在電纜溝布設無線水位傳感器，實現對幌溝內浸水狀況在線監測；利用電纜溝內、電纜夾層上的濕度傳感器對環境溫濕度進行監測，同時利用無線氧氣傳感器對監測區域氧氣濃度進行監測，為檢修人員的人身安全提供保證。這些傳感器定時啟動測量和發送被監測點的狀態數據，通過無線信道傳輸到基站，基站通過RS-485（以太網、3G/4G網絡）總線將數據上傳至通信管理機，再上傳到管理中心。管理中心具備監測數據匯集、圖形化展示、閾值比較、監測預警、標準化數據通信等功能，實現電纜溝狀態在線監測。無線測溫系統架構框圖如圖1所示。
1.2 無線測溫傳感系統特點
傳感器和接收裝置采用24GHz頻率進行無線傳輸通信；無線溫度傳感器采用近距離非接觸式無線紅外溫度傳感器；無線水位傳感器液位探頭采用316L不銹鋼材質，防護等級為IP68；無線接收基站能接收各類傳感器，無線接收基站具有集中總線式電源供電及通信的功能。
2. 無線溫度在線監測系統的應用
2.1 無線在線監測預警系統總體設計
某火力發電廠在#16KV電纜夾層安裝溫度、濕度、氧量無線監測系統，在#2、#3、#4磨煤機較覽橋架加裝無線溫度監測系統；在#3、#4空冷島電纜隧道安裝溫度、濕度、氧量及水位無線監測系統；并開展事故預警、環境狀態判斷、劣化趨勢分析研究。無線溫度在線監測系統主要由無線溫度傳感器、數據傳輸基站和控制主機組成，系統圖如圖2所示
2.2 傳感系統部署
本項目無線測溫系統由1臺監控主機、2臺通信管理機、17個數據傳輸基站、378個無線溫度傳感器、14個無線溫濕度傳感器、10只無線氧氣傳感器、8個無線水位傳感器構成。
（1）電纜夾層無線監測系統組成。每兩個測溫點間隔5m左右。紅外傳感器3個（每層15m采用3只紅外傳感器）ｘ2排ｘ5排=30個；氧氣傳感器2個；無線溫濕度傳感器2個；基站1個。
（2）磨煤機電纜橋架無線監測系統組成。每兩個測溫點間隔4m左右。2#磨煤機電纜橋架：紅外傳感器10個（每層40m采用10個紅外單點傳感器）ｘ4排=40個；基站2個（兩個基站架設在橋架中級，基站間隔5-10m）。3#磨煤機電纜橋架：紅外傳感器10個（每層40m采用10個紅外單點傳感器）ｘ4排＋10個（每層40m采用10個紅外單點傳感器）ｘ2排=60個；基站2個（兩個基站架設在橋架中級基站間隔5-10m）。4#磨煤機電纜橋架：紅外傳感器10個（每層40m采用10個紅外單點傳感器）ｘ4排＋10個（每層40m采用10個紅外單點傳感器）ｘ2=60個；基站2個（兩個基站架設在橋架中級，基站間隔5-10m）。
（3）空冷島電纜隧道無線監測系統組成，每兩個測溫點間隔4m左右。3#電纜隧道：紅外傳感器6個（每層25m采用6個紅外傳感器）ｘ2排ｘ6=72個；氧氣傳感器4個（每個角落布設一個）；溫濕度傳感器6個；水位傳感器4個（每個角落布設一個）；基站4個（每縱向架設一個基站）。4#電纜隧道：紅外傳感器6個（每層25m采用6個紅外傳感器）ｘ2排ｘ6=72個；氧氣傳感器4個（每個角落布設一個）；溫濕度傳感器6個；水位傳感器4個（每個角落布設一個）；基站4個（每縱向架設基站）。
2.3實施目標
本項目采用無線傳感器完成了對電纜隧道、電纜橋架、電纜夾層的電纜溫度，氧氣含量及電纜隧道內積水情況的實時在線監測，并通過軟件分析，實現監測區域的事故預警、環境狀態判斷、劣化趨勢分析，同時給出異動提示，為設備實現狀態檢修奠定技術基礎。
1. 安科瑞無線測溫監控系統及在線測溫產品介紹
3.1系統介紹
Acrel-2000T無線測溫監控系統，是我司根據電力設備安全性的要求，總結國內外的研究和生產的先進經驗，專門研制出的新一代無線測溫監控系統。本系統具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發現問題，消除隱患，確保電力系統的安全運行。為電力設備的安全、經濟、可靠運行提供了全新的解決方案。
3.2結構圖
3.2主要功能
數據采集與處理（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（設備狀態異常或故障、測量值越限，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據和設備狀態）
時鐘同步（北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統標準時鐘誤差不大于1ms）
人機聯系與運行管理（控制、查看、數據庫定義修改、報警確認、二次開發、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）
3.3軟件功能
3.4測溫產品介紹
溫度傳感器
a.電池供電型無線溫度傳感器
安裝于發熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸的傳感器。
目前安科瑞無線溫度傳感器有三款：
名稱 | 外形 | 參數說明 | 安裝方式 |
ATE100 |
| 102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(長*寬*高，孔徑)；電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空曠距離10米。 | 螺栓固定 |
ATE200 |
| 44.17*30*18.5mm,L=325.40mm(長*寬*高，三色表帶)；電池供電，壽命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空曠距離10米。 | 表帶捆綁 |
ATE300B |
| 49.95*35.95*22mm(長*寬*高)；電池供電，壽命≥5年；-10℃~+125℃；470MHz，空曠距離150米。 | 扎帶捆綁 |
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的傳感器。
目前無線溫度傳感器有兩款：
名稱 | 外形 | 參數說明 | 安裝方式 |
ATE300 |
| 扎帶固定，合金片取電；73*33.5*16mm(長*寬*高)；CT感應取電，啟動電流≥5A；-10℃~+125℃；470MHz，空曠距離150米。 | 扎帶固定，合金片取電 |
ATE400 |
| 合金片固定、取電；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)；CT感應取電，啟動電流≥5A；-50℃~125℃；433MHz，空曠距離150米；三色外殼。 | 合金片固定，取電 |
接收/顯示單元
a.接收單元
名稱 | 外形 | 參數說明 | 安裝方式 |
ATC200 |
| 65*45*28mm(長*寬*高)；DC24V供電；一路RS485接口，Modbus協議；可同時接收12個ATE100、ATE200傳感器數據。 | 35mm導軌安裝，螺絲固定(φ4,36mm)
|
ATC400 |
| 65*45*28mm(長*寬*高)；DC24V供電；一路RS485接口，Modbus協議；可接收240個ATE300或ATE300B傳感器數據。 | 35mm導軌安裝，螺絲固定(φ4,36mm)
|
ATC450-C |
| 65*45*28mm(長*寬*高)；DC24V供電；一路RS485接口，Modbus協議；可接收60個ATE400傳感器數據。 | 35mm導軌安裝，螺絲固定(φ4,36mm)
|
b.顯示單元
名稱 | 外形 | 參數說明 | 安裝方式 |
ARTM-Pn |
| 面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm；AC85-265V或DC100-300V供電；一路上行RS485接口，Modbus協議；接收60個ATE100/200/300/400配套ATC200/300/450。 | 面板開孔，嵌入式安裝
|
ASD300/320 |
| 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm；AC85-265V或DC100-300V供電；一路上行RS485接口，Modbus協議；接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | 面板開孔，嵌入式安裝
|
ATP007 ATP010 |
| 面框226.5*163*6mm，深度70mm；開孔215*152mm；DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 | 面板開孔，嵌入式安裝
|
4. 結論
采用無線傳感技術，實時對電纜故障趨勢進行智能分析，準確定位，能夠為電力企業的安全運行提供有力的支撐。
無線傳感監測系統的設計目前只停留在自動采集和智能分析階段，與控制設備的聯動仍然需要人工介入。電力系統電纜的監測系統方興未艾，為了保證系統設計的規范性及后期設備的擴展性，仍需努力。
參考文獻
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