关键词:物联网技术;云平台;无线信号
0引言
洪江水力发电厂为灯泡贯流式机组,位于湖南省怀化市洪江区上游,在沅水干流的中上游河段, 是沅水干流开发规划中的重要梯级工程。电厂共装机6台单机45 MW的水轮发电机组,总装机容量270 MW,年设计发电量为10.17亿kW・h,是一座具有发电、航运、灌溉、供水等综合利用效益的水电厂。
本文基于洪江水电厂开关柜设备的实际测温需求,探索独立于传统温度采集系统之外的测温方案,提出一种基于物联网技术的水电厂电气开关柜温度测量系统。该系统在电厂开关柜中实施并成功应用,包括厂用配电系统开关柜和抽屉柜、高压断路器等设备,取得良好的实践,实现了温度在移动APP与WEB应用端在线监测,减少了重要电气设备运行风险,提高了安全运行指数。
1概述
电力行业经常发生因电力电缆和设备过热而引起的火灾事件,导致大面积的电缆烧损和设备损坏而被迫停机,短时间内无法恢复生产,从而造成重大经济损失。据国家电力安全事故通报统计,每年发生在电站的电力事故中40%是由电气设备过热所致铁各电厂高低压设备连接部位如母线连接点、开关、断路器动触头等由于气候冷热变化、材料老化、锈蚀、松动等原因易造成接触不良、接触电阻增大,长期运行造成的断路器触头过热、绝缘烧穿、设备起火。为了安全隐患,提高设备使用性能,因此开展基于物联网的电气开关柜远程监测与应用设计,解决电厂巡检人员作业风险大、数据共享难等问题,实现温度远程在线监测功能,进一步提高设备运行的可靠性和安全性。
2系统技术架构
系统技术架构由温度传感器及温度汇聚主机、智能网关RTU、物联网云平台、移动APP端和WEB应用端五大模块组成,利用物联网技术实现数据采集、汇聚、上传、存储、应用五大功能。其中智能网关RTU和物联网云平台为本系统的两大核心模块,该智能网关具有多种采集接口、兼顾常用的工业通信协议,具有较高的数据采集及运算能力铁系统技术架构图如图1所示。
图1系统技术架构图
2.1温度传感器
根据电气柜设备的结构和测量方式,本系统的温度传感器由接触式传感器和非接触式传感器组成。其中厂用配电系统抽屉柜采用非接触式红外温度传感器,将测温铜箔贴片粘贴在抽屉柜的三相触头上,安装红外传感器IR52读取铜箔温度,因为铜箔导热性好、耐热性强。因此温度读取速度快、准确。数据汇聚后统一发送到MT562测温主机中,对外以RS485接口进行,红外传感器的安装示意如图2所示
图2 红外温度传感器安装示意图
针对厂用配电系统开关柜进出线铜排和母排电缆接线端的温度监测,由于开关柜断路器铜排宽度达5cm,运行电流大,因此选用接触式无线无源温度传感器WT01,该传感器体积小、安装方便、组网灵活可靠,并且通过开关柜铜排的运行电流自感应取电。因此解决了传统温度传感器需更换电池的痛点,降低了作业风险和运维成本。WT01温度传感器通过无线射频(Zigbee协议)将数据发送至温度汇聚主机,汇聚主机使用MT565进行数据,并提供RS485接口进行数据通信,无线传感器的安装示意如图3所示。
图3 无线测温传感器安装示意图
2.2智能网关RTU
本系统采用自研的电力智能网关RTU,该网关装置具有多种数据接入方式,兼容modbusRTU、modbusTCP等主流通信协议,并支持有线接入和无线接入方式,能实现局部区域内大量传感器或智能终端数据采集。网关内置4G与WIFI无线信号信模块,能实现现场端设备与远方物联网云平台的数据通信和信息互联。将网关RTU与温度主机连接,采用标准的modbusRTU通信协议,能快速地对电气开关柜的温度进行采集。以无线网络为传输载体,根据温度标准物模型将数据进行封装,包括属性、事件、服务,采用MQTT通讯协议将数据发送至物联网云平台,云平台接受数据后自动解析,实现数据一体化采集、存储、传输及解析。
2.3物联网云平台
物联网云平台是物联网生态系统中重要部分,通过多种的网络连接手段将设备状态信息与互联网连通,实现对设备智能化感知、识别和管理,是各类设备连接到场景应用的关键“桥梁”。本系统物联网云平台负责接收网关RTU上报的温度数据、并向网关RTU下发指令,实现数据进行读取、计算和显示。除此之外,云平台对网关设备进行统一和管理,提供可视化的安全管理。接入云平台的温度数据统一进行编码和治理,为移动APP端和WEB应用端提供数据服务。
2.4移动APP端和WEB应用端
移动APP端和WEB应用端是基于物联网云平台进行开发,通过调用云平台存储的温度数据,将数据呈现给用户,实现数据的可视化应用。应用端主要包括温度综合展示、趋势预警、越限告警、报表导出等功能模块,实现对电气开关柜状态的综合显示及智能预警,**设备安全运行。
3系统总体架构
本系统总体架构按照纵向分层的原则开展整体建设,包括感知层、支撑层和应用层三个层次。感知层以洪江电厂现场电气柜温度监测为数据来源,包括各配电系统的开关柜铜排和抽屉柜触头温度。系统以物联网技术为传输手段,连接感知层和支撑层。支撑层主要由物联网平台组成,负责系统开发所需的关键资源与技术。物联网平台提供设备接入、设备管理、数据解析等服务,并提供数据存储和数据治理等功能,同时为其他系统数据调用提供支撑。应用层实现对洪江电厂电气柜温度监测可视化展示与应用,涵盖了 WEB应用与移动APP两个部分。系统总体架构图如图4所示。
图4 系统总体架构图
4系统功能架构
本系统功能架构根据电厂电气柜实际业务需求进行设计,系统功能包括区域温度综合展示、趋势预警、越限告警、报表导出四大模块。
温度综合展示模块实现对监测设备及监测情况的统一概览,包括开关柜位置、网关在线状态、温度数值、实时统计等功能,以图表的方式对监测区域、监测点位、监测时长、监测类型等信息进行综合展示;以区域为划分,实时显示该区域内温度,实时统计可对当前设备在线数量、预警、告警等情况进行展示。
趋势预警模块对周期内温度发展趋势进行分析预警,包括状态曲线、状态分析、趋势预警等功能,状态曲线可根据不同周期对温度信息进行可视化展示,状态分析可结合实时/历史数据进行均值、较值、方差等计算分析,趋势预警可根据监测值的异常变动进行实时预警。
越限告警模块对温度越限进行多路径告警,包括越限弹窗、消息推送、短信提醒等功能,越限弹窗指当温度**过预设范围时,系统通过以醒目的方式在进行警报。
报表导出模块用于实现电厂运行人员制定日常报表,包括报表生成、定时任务、数据分析等功能。报表生成通过自主组合设备点位和监测属性进行报表自动导出;定时任务可通过设置时间实现报表导出功能,数据分析可根据周期内监测情况对区域状态进行评估。系统功能架构图如图5所示。
图5 系统功能架构图
5系统应用
利用电气开关柜检修间隙安装测温传感器和智能网关RTU,在厂用配电系统开关柜实行挂网试点。每个开关柜A、B、C三相电缆触头分布安装3个红外测温传感器和1个温度汇聚主机,每段母线安装2个智能网关RTU采集终端,传感器与温度汇聚主机采用Zigbee协议自组网通信,温度汇聚主机与网关RTU采集终端之间采用RS485总线连接, 数据经网关RTU采集终端传输到物联网云平台,基于云平台开展APP应用功能开发,整体系统架构如图1所示。经过一个月的系统试运行,测温稳定,告警及时有效,并在APP上准确显示,实现对开关柜测温数据远程监测,减少设备运维工作量。图6为2D7-Q5开关柜三相触头1个月内温度曲线图,图7为APP端开关柜实时数据显示页面。
图6 2D7-Q5开关柜温度监测曲线图
图7 APP端开关柜实时数据显示页面
6安科瑞温度在线监测系统解决方案
6.1概述测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室,可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能:
温度显示:显示配电系统内每个测温点的实时值,也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。
温度曲线:查看每个测温点的温度趋势曲线。
温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元,通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成,实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。
7结论
本文针对洪江水电厂电气开关柜温度在线监测需求问题,设计了一种基于物联网的水电厂开关柜温度监测系统,实现了对电厂配电系统电气开关柜的温度快速,并在APP应用端实时监测。该系统采用物联网技术开展数据采集、传输和计算,大大地减少了现场施工量及人工成本,快速实现了开关柜测温系统建设和应用,为开关柜智能诊断提供决策基础。因此该系统在技术和功能上设计完整、适用性强,提升了水电厂设备安全管理水平,具有较高的推广价值。
参考文献:
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词条
词条说明
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