冶金集團開關(guān)柜無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案書
現(xiàn)代社會對電能的依賴性極高,用電密度越大的地區(qū)對電的依賴性越高,因而對供電設(shè)備的可靠性提出了越來越高的要求。
變電站的高壓開關(guān)柜是最重要的電氣設(shè)備之一。在設(shè)備長期運行過程中,開關(guān)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(fā)熱,如果這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測,得不到及時檢修,則最終會導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。近年來,在發(fā)電廠和變電站已發(fā)生過多起開關(guān)柜過熱,造成火災(zāi)和大面積的停電事故。這些現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜如進線柜上尤為突出,且影響極大。為避免此類事故的發(fā)生,安裝一種能即時監(jiān)測觸頭溫升的裝置顯得非常迫切.
通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸頭溫度的運行情況,可及時有效地防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生。
但由于開關(guān)柜全封閉運行,內(nèi)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(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保障高壓開關(guān)柜安全運行的重要手段。
高壓測溫需通過無線傳輸實現(xiàn)傳感器與低壓部位安裝的監(jiān)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(tǒng)無線測溫系統(tǒng)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(tǒng)安全;為了減少功耗,數(shù)據(jù)提取間隔時間長,實時性差。
山東正瑞電子有限公司發(fā)明的新型無線測溫傳感器,不含任何電池,采用感應(yīng)供電方式解決了高壓端的無線傳感器供電問題。
開關(guān)柜觸頭測溫方式分為3種:感應(yīng)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(yīng)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(fā)射周期同樣為5-10秒,能及時發(fā)現(xiàn)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(shè)備,運行壽命達10年以上無需維護。
3、 隨著技術(shù)的發(fā)展,測溫的電流門檻值在不斷減小,目前已經(jīng)做到啟動電流為3A。對于開關(guān)柜的觸頭接觸電阻來說,小于3A引起觸頭發(fā)熱的現(xiàn)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(wǎng)公司已經(jīng)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(fā)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(fā)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(guān)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(fā)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(fā)熱的物理原因,會引起測溫過程中溫度漂移(即溫漂),造成數(shù)據(jù)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(yīng)觸頭發(fā)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。
2.1 總體結(jié)構(gòu)
2.2 無線溫度監(jiān)測器
連續(xù)監(jiān)測高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭的運行溫度,由數(shù)字顯示屏循環(huán)顯示出每個帶電觸頭的溫度值,可確定觸頭的過熱程度,當(dāng)發(fā)生超溫時,儀器發(fā)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(shù)據(jù)處理,實現(xiàn)開關(guān)柜溫度的集中監(jiān)測。
2.3 無線溫度傳感器
無線溫度傳感器用于測量高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點、母線連接處和小車觸臂內(nèi)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(fā)射器、感應(yīng)電源三部分組成。
溫度傳感器具有小巧的體積,當(dāng)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(fā)射器,進行信號處理并將處理后的信號通過無線傳輸?shù)綔囟葯z測器。感應(yīng)電源由感應(yīng)電源組成,感應(yīng)電源采用小CT磁飽和技術(shù)由一次電流感應(yīng)出電源,將其安裝在開關(guān)柜觸頭上,當(dāng)開關(guān)柜負荷電流在3A以上時,感應(yīng)電源即可感應(yīng)提供給傳感器穩(wěn)定的工作電壓。
3.1、需溫度監(jiān)測的開關(guān)柜分布情況
現(xiàn)場需要對開關(guān)柜動觸頭進行在線溫度監(jiān)測,當(dāng)溫度過高或溫升過快時通過本地監(jiān)測器和監(jiān)控中心軟件報警。需監(jiān)測溫度開光柜高配站和總降站合計 75臺 ;
110KV總降站需監(jiān)測溫度開關(guān)柜44臺;(數(shù)量情另行核實)開關(guān)柜分配位置如下:
高配站需溫度監(jiān)測開關(guān)柜統(tǒng)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(fēng)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(guān)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(guān)柜;
11) 一期制氧:2臺進線柜,1臺空壓機開關(guān)柜;
3.2、各站點數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)情況
總降站與調(diào)度中心具有光纖通信網(wǎng)絡(luò)交換機,調(diào)度中心可以通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控總降站及各高配站的開關(guān)柜運行溫度。
總降站與各高配站之間具有光纖網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(xiàn)場均需要環(huán)境溫濕度遠程監(jiān)測。
3.4 實現(xiàn)開關(guān)柜在線測溫溫濕度監(jiān)測,數(shù)據(jù)通過光纖通信網(wǎng)絡(luò),上傳到總降站監(jiān)控服務(wù)器,調(diào)度中心實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.2 系統(tǒng)說明
3.2.1無線溫度傳感器
在開關(guān)柜小車的6個動觸頭后側(cè)的觸臂上安裝無線溫度傳感器和感應(yīng)電源,感應(yīng)電源在開關(guān)柜有電流通過時感應(yīng)出能量給無線溫度供電,無線溫度傳感器將測得的溫度數(shù)據(jù)通過無線方式發(fā)送給無線溫度監(jiān)測器。
3.2.2無線溫度監(jiān)測器
每臺無線溫度監(jiān)測器可以同時接收128個傳感器的溫度數(shù)據(jù)并通過液晶屏循環(huán)顯示,具有RS485上傳接口;現(xiàn)場無線溫度監(jiān)測器通過RS485網(wǎng)絡(luò)并聯(lián),并通過RS485/網(wǎng)絡(luò)接口轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RJ45接口的以太網(wǎng)信號,連接到現(xiàn)場中電網(wǎng)絡(luò)交換機,通過TCP/IP協(xié)議上傳到總降監(jiān)控主機。
3.2.3 環(huán)境溫濕度傳感器
每個開關(guān)室安裝一個溫濕度傳感器,監(jiān)測環(huán)境的溫濕度,具有485接口,溫濕度數(shù)據(jù)通過485接口并入到無線測溫RS485網(wǎng)絡(luò)上。
3.2.4 RS485網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)
每個開關(guān)站的無線溫度監(jiān)測器組成現(xiàn)場RS485總線網(wǎng)絡(luò),通過RS485/網(wǎng)口進入現(xiàn)場中電網(wǎng)絡(luò)交換機。
3.2.5 總降站監(jiān)控主機服務(wù)器
在總降站安放總降監(jiān)控主機服務(wù)器,安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件服務(wù)端Server,監(jiān)控主機具備雙網(wǎng)口,向下網(wǎng)口連接總降站中電網(wǎng)絡(luò)交換機,通過中電網(wǎng)絡(luò)采集各高配站溫度與濕度數(shù)據(jù)并存儲實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),并對溫度實時數(shù)據(jù)進行處理,實現(xiàn)超溫報警。
向上網(wǎng)口連接到調(diào)度中心的光纖網(wǎng)絡(luò)交換機,調(diào)度中心監(jiān)控主機可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù),查詢歷史數(shù)據(jù),查詢報警事件。
3.2.6 調(diào)度中心
在調(diào)度中心安放監(jiān)控主機,該主機運行客戶端監(jiān)控軟件Client,可通過客戶端查看實時溫度數(shù)據(jù),查詢歷史數(shù)據(jù),查詢報警事件。
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(yīng)取電;
安裝位置:斷路器觸臂動觸頭
無線頻率:430MHz;
發(fā)送頻率:10S發(fā)送一次;
4.2 感應(yīng)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(guī)格:φ60mm和自繞兩種;
4.3無線溫度監(jiān)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(xié)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(wǎng)口轉(zhuǎn)換器
站間數(shù)據(jù)傳輸要求:TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信
站內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸:RS485網(wǎng)絡(luò)通信
4.5中心監(jiān)控服務(wù)器
主要功能
l 數(shù)據(jù)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(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布
l 權(quán)限管理
用戶可以輸入密碼,進行界面的修改。系統(tǒng)能自動判斷用戶的權(quán)限級別。設(shè)置報警溫度值,修改溫度監(jiān)測點顯示樣式。
監(jiān)測主界面顯示當(dāng)前各測溫點溫度。
如果監(jiān)測站發(fā)生溫度越限,則監(jiān)測站彈出報警提示,并伴有聲音和光標(biāo)提示報警,當(dāng)溫度回落到警戒溫度之下后,報警停止。在有監(jiān)測點超溫報警的時候系統(tǒng)靜音功能可以關(guān)閉聲音報警。
趨勢圖可以將原始數(shù)據(jù)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。
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。
5.1 無線溫度傳感器安裝
對應(yīng)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(yīng)電源安裝在瓷套內(nèi),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(yīng)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(yīng)電源的磁芯用硅鋼片現(xiàn)場繞制,最后用熱縮套管熱縮。
安裝圖:
5.2 溫濕度傳感器安裝
溫濕度傳感器安裝在開關(guān)柜二次艙面板上,監(jiān)測環(huán)境溫濕度,并入無線溫度監(jiān)測器的數(shù)據(jù)上傳RS485網(wǎng)絡(luò),電源從開關(guān)柜內(nèi)取交流220V。
5.3無線溫度監(jiān)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(guān)柜內(nèi)取,交直流220V都能接入,RS485上傳接口采用屏蔽雙絞線,組網(wǎng)采用串行總線結(jié)構(gòu),星形總線需要加RS485集線器。
正面圖圖 反面圖
5.4 RS485串口/網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器安裝
安裝在交換機柜內(nèi),串口端接入連接無線溫度監(jiān)測器的RS485總線,網(wǎng)口端通過網(wǎng)線接入交換機,通過設(shè)置軟件設(shè)置器網(wǎng)絡(luò)端IP地址和掩碼。
5.5 總降中心監(jiān)控服務(wù)器安裝
采用雙網(wǎng)卡,一網(wǎng)卡與各高配站RS485串口/網(wǎng)口轉(zhuǎn)換器通信獲取現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù),一網(wǎng)卡接入調(diào)度中心網(wǎng)絡(luò),方便調(diào)度中心查看監(jiān)測開關(guān)柜溫度。
監(jiān)控服務(wù)器安裝ZRMSCADA1.1集中監(jiān)控軟件,軟件監(jiān)控畫面根據(jù)現(xiàn)場情況組態(tài)。
5.6 施工方案。
每臺開關(guān)柜安裝6個無線溫度傳感器和6個感應(yīng)電源,每5臺相鄰開關(guān)柜可供用一個無線溫度監(jiān)測器。
兩人配合施工,安裝時間控制在40分鐘以內(nèi)。一人安裝傳感器,一人開孔安裝溫度監(jiān)測器。
最后要把上傳總線穿到電纜夾層預(yù)留,待站內(nèi)所有開關(guān)柜安裝完畢后,將總線連接起來,布設(shè)到站內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)交換機處。
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