浅谈无线测温装置在低压大电流断路器上的应用

时间：2021-04-16作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：349

周晓丽

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要：论述无线测温技术在低压大电流断路器上的应用，通过安装无线测温预警系统解决了大电流设备故障给电厂安全生产带来的困扰，对**电厂安全运行具有重要作用。

关键词：无线测温低压电器大电流断路器

 

0引言

在电厂中，低压大电流供电设备随处可见，在长期运行过程中这些设备的断路器触头及断路器与母线之间的连接插接件等部位会因为低压母线表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、断路器插接件老化及制造、运输、安装不良等问题引起接触电阻过大，造成设备过热。如果无法监测这些发热部位的温度，使其得不到及时检修，那么发热情况将进一步恶化，可能导致断路器爆炸、起火，烧毁开关柜，引发恶性事故，从而造成重大经济损失。及时测量母线接头与断路器插接件触点温度，为采取有效措施提供准确信息，将是电厂实现长周期安全运行的重要**。

洪江电厂安装有6台单机45MW的灯泡贯流式机组，总装机容量为270MW，投产时为国内单机容量灯泡贯流式机组。电厂厂用电压为400V，原厂用400V低压断路器柜为河南新乡豫北电器厂生产的低压GCY型组合抽出式开关柜，目前已运行13年。随着运行年限的延长，设备不断老化，近年来频繁出现断路器插接件与母线接触不良，大负荷时发热导致断路器插接件烧焦变形等情况。此前电厂无专门400V大电流断路器测温设备，以上缺陷均是通过每天3次的人工测温发现的，由于不是24小时不间断监测，因此这些缺陷的发现均有一定滞后时间。另外，检测点多，检测位置复杂，人工测温费时费力，甚至还威胁测温人员人身安全。

2014年下半年，洪江电厂决定对公用厂用400V低压系统进行改造。为提高设备自动化水平，实现24小时不间断在线监测，自动报警，同时减少人工测温工作量，防范人工巡查测温时存在的触电安全风险等因素，采用了“温度在线监测装置＋无线测温技术”，以实现厂用400V低压系统温度实时监测。

 

1无线测温系统构成及安装位置

1.1无线测温系统总体介绍

无线测温系统整体上分为采集层、收集层和监测层。采集层由无线温度传感器组成；收集层为就地集中显示装置，通过无线和采集层连接，通过网络或光纤和监测层连接；监测层为测温后台，可选择10/100M局域网、光纤网络等通信方式联网。系统对采集的数据进行管理，并定时存储到数据库，根据用户要求对实时数据库中的信息进行记录，形成历史数据库，能提供分、时、日曲线显示，报表打印，温记录，并及时发出报警信号；支持数据共享，提供给三方读取测温数据，将测温数据放入综合管理平台中。系统框图如图１所示。

 

图1系统框架

1.2无线测温系统主要设备

（1）无线温度传感器。在每个需要监测温度的节点上安装一个无线温度传感器。该传感器每隔一定时间自动测量所在节点的温度，并发送给集中显示装置。

（2）集中显示装置。自动收集并显示无线温度传感器发送的温度数据，并在收到测温后台的读取命令后把收到的数据上传测温后台。

（3）测温后台。测温后台为一台工控计算机，用来定时读取和存储从集中显示装置中收集的温度数据。

1.3无线温度传感器安装位置的选择

对于低压抽屉式配电柜，无线温度传感器安装在动触头。安装非常方便，只需将传感器固定在接线端子上即可，如图2图3所示。无线温度传感器壳体材质为德国进口巴斯夫BASFPA66-GF，和ABB抽屉安装动触头的塑料件材质一致。无线温度传感器将采集的数据通过无线网传输送到集中显示装置并就地显示。每个抽屉柜内安装一组无线温度传感器（A、B、C相共3个传感器）。

 

图2动触头检测点

 

图3传感器与触头安装位置图

 

2无线测温系统主要功能

2.1无线温度传感器

（1）每个温度探头具的ID号，实际安装使用时需要记录每个无线温度传感器的安装地点，并与编号一起存入测温后台数据库及集中显示装置中。无线温度传感器每隔一定时间自动发射一次监测点的温度数据，由集中显示装置收集并记录所在区域的温度数据并通过光纤传输至测温后台，发现异常立即报警，避免了人工测温方法存在的滞后、工作量大、不安全等问题，非常适合具有大量监测点的电厂，提高了电厂的自动化程度，减轻了人工测温时的繁琐工作。

（2）无线温度数据传输。无线温度传感器与测温终端之间的无线连接，既方便了系统的安装与维护，又减少了对电厂安全运行的影响，使系统的安全性、灵活性得到大提高。无线通信选择工作于ISM工作频率，对人体无伤害，对周围设备无电磁干扰，符合FCC标准和国家无线管理规定。

（3）无线温度传感器技术指标。①测量温度范围为-40-+125℃。②测量精度：0-80℃精度误差为±1℃，80-150℃精度误差为±2℃。③探头使用寿命为5-8年。④传感器绝缘强度为AC2KV1min。⑤阻燃性能：无线温度传感器250℃耐高温、绝缘阻燃型。⑥外观尺寸：传感器盒部分为80mm（长）×40.5mm（宽）×14.8mm（高），电池盒部分为68.5mm（长）×23mm（宽）×22mm（高）。⑦工作频率为2.4GHZ～433MHZ。⑧传输距离为250m（无阻挡）。

2.2集中显示装置

（1）集中显示装置功能特点。①采用高精度无线传输，既方便了系统的安装与维护，又减少了对电厂安全运行的影响，使系统的安全性、灵活性得到大提高，并在高温高湿环境下具有强的长期稳定性。②可扩展性，每个测温接收通信终端接收容量为100个测温回路（每回路包含3个测温传感器），给以后扩容留有足够空间，而*增加新的接收装置。③仪表内部具有EEPROM，设定参数掉电不丢失；具有Watchdog芯片，程序跑飞自动复位；具有RTC实时时钟；具有以太网接口。④测量数值由高亮度TFT液晶显示屏直接显示；报警温度设定值直接在面板上设定。⑤自动检测传感器，无传感器信号时自动关闭受控元件。⑥安装方便，可安装在开关柜上，也可固定在墙壁或其它物体上。⑦抗干扰能力强，能准确识别和接收探头发出的温度信号，而不受其它设备的影响。

（2）集中显示装置技术指标。①接入测温点数为每台接入100回路（每回路包含3个测温传感器）。②通信方式为RS485接口（光电隔离）1个、433M无线接口1个、网络接口1个，通信协议为Modbus-tcp，同一间配电室内（无墙壁阻挡）300m可有效接收。④接收间隔时间为1s。⑤IO端口容量为2路继电器输出（报警、预警输出）。⑥工作电源为AC/DC220V，功耗不大于10W，工作温度为-20～85℃。⑦事件记录为循环记录报警事件。⑧温度门限为每个柜可单独设置报警值和预警值。

2.3测温后台功能特点

测温后台为一台工控计算机，测温系统采用B/S结构，使用浏览器直接查看测温点温度，除需要安装浏览器显示插件外，并不需要额外安装客户端程序。

（1）能通过后台实时、直观地观察开关柜内断路器一次插头和电缆接头等电气接点运行温度的变化情况。

（2）通过接收到的所有现场检测数据，能自动生成开关柜内一次插头和电缆接头指定时间段的温度变化趋势、历史事件统计，及需要的曲线图和图表。

（3）报警温度可根据用户的实际情况自行设定，对到达预警值和报警值的监测点能弹出报警窗口，并语音提示报警。报警值的设置有以下几种方式：预警温度（上限）、报警温度（上上限）、某点温度三相温度差别大（横向对比限）、某点温度突然变化（趋势限）。

（4）可保存温度数据和报警温度、时间等参数，实现历史数据查询。

 

3无线测温技术优点

（1）温度传感器采用无线传输技术发射数据，比传统接线方式更安全。采用传统硬接线方式通信，不但接线复杂，而且会带来干扰、高压击穿等危险。电厂选择无线传输技术采集断路器温度数据，可简化现场硬配线，提高系统安全性能。

（2）现地设置集中显示装置，每个测温通道可单独设置预警、告警定值，并带干接点输出。为了便于收集断路器温度，在各配电室安装集中显示装置。该装置具有温声光报警、干接点报警、巡检等功能，各组被测点的名称、温度阀值可独立设定，当检测到的温度过设定阀值时，自动发出过温报警信息，并能根据不同的报警状态调整告警级别（预警和紧急告警），通知检修人员及时处理故障。

（3）采用光纤传输，数据更可靠。集中显示装置收集的温度数据通过光纤传输至后台服务器，后台服务器采用Oracle数据库，可保存设备5年以上的历史数据，以报表、曲线图、棒形图等形式直观地展示各测温点的历史数据及趋势曲线。

（4）实现远程服务器与计算机监控系统通信，方便上位机实时监控、查询分析。通过开发、配置后台服务器与计算机监控系统通信，实现在计算机监控系统上位机实时监控、查询分析功能。通过对比能及时掌握设备运行趋势，发现隐患并处理，有效避免温导致电气设备绝缘老化击穿引发短路、烧毁的事故及开关柜火灾的发生。

 

4.安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍

4.1系统介绍

Acrel-2000T无线测温监控系统，是我司根据电力设备安全性的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的新一代无线测温监控系统。本系统具有温告警等功能，可以帮助值班人员尽早发现问题，消除隐患，确保电力系统的安全运行。为电力设备的安全、经济、可靠运行提供了全新的解决方案。

4.2结构图

 

4.3主要功能

数据采集与处理（模拟量、开关量、电度、SOE、定值）

控制操作（断路器、隔离开关、分接头、复归）

报警及处理功能（设备状态异常或故障、测量值越限，声音、颜色、闪烁）

事件顺序记录SOE（分合闸记录、保护及自动装置的动作顺序记录）

远动功能（为调度中心提供相关运行数据和设备状态）

时钟同步（北斗GPS纳秒级，满足间隔层子系统标准时钟误差不大于1ms）

人机联系与运行管理（控制、查看、数据库定义修改、报警确认、二次开发、事故记录检索、在线设备管理）

与其他设备接口（微机保护、电力仪表、直流屏、故障录波仪、模拟屏、调度）

4.4软件功能

 

 

 

 

 

 

 

4.5测温产品介绍

温度传感器

a.电池供电型无线温度传感器

安装于发热部位，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

目前安科瑞无线温度传感器有三款：

名称	外形	参数说明	安装方式
ATE100		102.37*47.93*23mm，φ13.5mm(长*宽*高，孔径)；电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空旷距离10米。	螺栓固定
ATE200		44.17*30*18.5mm,L=325.40mm(长*宽*高，三色表带)；电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；2.4GHz，空旷距离10米。	表带捆绑
ATE300B		49.95*35.95*22mm(长*宽*高)；电池供电，寿命≥5年；-10℃~+125℃；470MHz，空旷距离150米。	扎带捆绑

 

b.CT感应取电无线温度传感器

安装于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

目前无线温度传感器有两款：

名称	外形	参数说明	安装方式
ATE300		扎带固定，合金片取电；73*33.5*16mm(长*宽*高)；CT感应取电，启动电流≥5A；-10℃~+125℃；470MHz，空旷距离150米。	扎带固定，合金片取电
ATE400		合金片固定、取电；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)；CT感应取电，启动电流≥5A；-50℃~125℃；433MHz，空旷距离150米；三色外壳。	合金片固定，取电

 

接收/显示单元

a.接收单元

名称	外形	参数说明	安装方式
ATC200		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可同时接收12个ATE100、ATE200传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)
ATC400		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可接收240个ATE300或ATE300B传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)
ATC450-C		65*45*28mm(长*宽*高)；DC24V供电；一路RS485接口，Modbus协议；可接收60个ATE400传感器数据。	35mm导轨安装，螺丝固定(φ4,36mm)

 

b.显示单元

名称	外形	参数说明	安装方式
ARTM-Pn		面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm；AC85-265V或DC100-300V供电；一路上行RS485接口，Modbus协议；接收60个ATE100/200/300/400配套ATC200/300/450。	面板开孔，嵌入式安装
ASD300/320		面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm；AC85-265V或DC100-300V供电；一路上行RS485接口，Modbus协议；接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。	面板开孔，嵌入式安装
ATP007 ATP010		面框226.5*163*6mm，深度70mm；开孔215*152mm；DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。	面板开孔，嵌入式安装

 

5.结束语

洪江电厂厂用400V低压系统改造中，建成了一套400V低压大电流断路器无线测温系统，实现了对洪江电厂大部分大负荷断路器的24小时不间断监测，可及时发现厂用400V低压系统重要断路器的关键部位老化、插接不良、接头松动、表面氧化、电化腐蚀、过负荷等不安全运行状态，提高了厂用400V低压系统安全运行水平。目前，该测温系统运行稳定，多次及时发现机旁动力屏及直流盘室动力盘断路器发热现象并进行处理，确保了电厂的安全稳定运行。

 

参考文献

[1]耿宇涛，李刚，信明贵．无线测温计数在变电站中的应用[J].硅谷，2011（4）:24.

[2]何葵东，简孝林，吴杰.无线测温技术在低压大电流断路器上的应用.

[3]安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2020.01月版.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11月版.


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