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电气设备无线测温及局放监测方案

时间:2022-04-02 14:11 点击次数:
 

1.项目背景

       在电气设备系统运行中,局放、温度是表征一次设备运行是否正常的重要参数。尤其是一次设备的连接部位,由于设备制造的原因、设备受环境污染、设备长期运行、严重超载运行、触点氧化、电弧冲击、局部放电等原因造成接触电阻增大,因此在电能传输时往往会在设备内部连接处产生局放和发热现象,而且局放及发热问题是一个不断累积的过程,如果不加以控制,两者变化程度会不断加剧,并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响,从而导致电力设备绝缘性破坏、老化、击穿。

       国网的“全面智能感知·泛在电力物联”主题,依托RFID、智能芯片、二维码等智能识别技术结合各类设备状态监测传感器、在线监测装置等感知元件,构建了电网设备物联网系统,实现电网设备信息互联互通,建立数据模型,实现设备识别、状态感知、状态分析的无缝衔接,为管控电力设备状态分提供依据。

       随着现代电力电子技术的不断进步,感应取电技术、低功耗技术、无线无源技术、物联网技术的不断成熟,我公司研发全新的系列产品:无线测温传感器、五合一(特高频、暂态地电波、超声波、温度、湿度)智能局放传感器。该系列产品通过开关设备状态在线监测系统进行数据采集、数据显示、数据存储、数据管理。

       利用开关设备状态在线监测系统的监测和分析,捕捉设备运行异常,及时发现设备事故的早期征兆并采取有效措施,预防严重事故的发生。采用该监测系统可以达到如下的目的:

       弥补人工巡检的不足,减小人工维护成本;

       征兆式报警,将事故消灭在萌芽阶段,防止事态的升级、恶化;

       传感器采用无源无线温度传感器,正常环境使用寿命可10年;

       传感器具备防水、耐高温、耐老化,并具备在强电磁环境下正常工作的特性。

       现场通信设备可采用定向无线网络或移动互联网组网,可方便的将现场数据实时上传到网络服务器。

       后台采用BS结构,联网的移动终端可实现随时随地监控的需要

       实现全天24小时不间断在线监测,监测数据一越限即报警;


2.系统简介

       开关设备状态在线监测系统通过温度传感器获取连接部位的温度信息、五合一(特高频、暂态地电波、超声波、温度、湿度)智能局放传感器获取开关设备超声波信息和暂态地电压局放信息、特高频局放传感器获取开关设备特高频局放信息来实现数据采集、数据存储、监测表、趋势查询、数据库记录、报警信息、设备信息、设置、短信提醒等功能。平台提供对原始采集数据信息的查询,并通过计算形成年、月、日的各种报表。

       监控平台基于我公司自主研发的软件开发平台,通过业务模块的开发,实现系统的各个功能。该开发平台,具有数据库兼容功能,和具有强大的数据分析功能,可以保证系统的稳定运行。

3.项目网络结构图

       我公司的无源无线测温系统主要有三部分构成:感知层(无线传感器)、网络层(无线接收终端)、应用层(数据服务器及后台);

电气设备无线测温及局放监测方案(图1)


       无线温度传感器作为系统的感知层,分布于各个发热点,实时测量其表面温度,并将温度数据通过无线方式上传给接收终端。

       接收终端在系统中承担着数据中继功能,它接收到传感器的数据之后再通过光纤、485或者无线等方式传输给数据后台,他们形成了系统的网络层。

       数据到达后台后,用户可以通过浏览器方式监测现场每个传感器的实时温度、历史曲线,如果出现超温情况,可以快速定位并及时通知相关人员。这就是系统的应用层。


4.现场监测系统设备构成

4.1传感器部分

4.1.1无线温度传感器

       在开关柜的运行现场具有丰富的电磁能,对于电压高电流小的场源(如发射天线、馈线等),电场要比磁场强得多,对于电压低电流大的场源(如某些感应加热设备和模具),磁场要比电场大得多。因此我们认为输电线是一个工频电场和磁场能量非常密集的区域。我们正是利用微电子技术、低功耗技术以及能量管理技术收集线夹或者开关柜及户外接点等测温点中的电磁能,并将其能量转化为无线温度传感器所需之电源。

       将EH技术应用于输电线回路的无线测温,解决了传感器的能量需求问题,使得传感器摆脱了对传统电池的束缚,体积更小,寿命更长,可靠性更高,安装更方便,维护更简单,产品更环保,技术更先进。

       我公司的无线温度传感器是基于美国TI公司的无线数字通信技术及低功耗技术、EH技术而研制的高性能产品,传感器采用了多重抗干扰措施以及特有的软件算法,经过了国内西高所、开普实验室、浙江省中试所、浙江省质监局等多家权威机构测试认证,并且在国内许多工业现场得以成功应用。其最大的优势在于不再需要电池供电,彻底解决电池高温性能差、寿命有限的问题;而且体积小,安装方式灵活多样,将线夹或者开关柜及户外接点等测温点温升监测提升到一个新的高度。

       4.1.2无线温度传感器——技术参数

电气设备无线测温及局放监测方案(图2)

电气设备无线测温及局放监测方案(图3)

4.1.4无线温度传感器——产品外观

电气设备无线测温及局放监测方案(图4)

无线温度传感器  26.96×23×9.9mm


4.1.5无线温度传感器——安装方式

无源无线温度传感器广泛应用于高低压开关柜、环网柜触头、刀闸开关、高压电缆接头、干式变压器、低压大电流柜等电气设备的温度在线监测;我公司无源无线温度传感器避免使用电池所带来的局限,体积小巧,仅相当于传统传感器的一颗电池大小,可以安装在动触头等狭小的空间内,所以优先推荐安装动触头。

电气设备无线测温及局放监测方案(图5)

母排或出线电缆安装示例

电气设备无线测温及局放监测方案(图6)

动触头安装示例

电气设备无线测温及局放监测方案(图7)

静触头安装示例

电气设备无线测温及局放监测方案(图8)

户外变压器出线安装示例

电气设备无线测温及局放监测方案(图9)

户外刀闸安装示例


4.2中继部分

4.2.1无线远传通讯中继器

ZW1807 型产品拥有四个RS-485隔离型串口,组成三进一出的串口集中器,同时配有两个RF无线收发模块,接收或发射我司无线通讯协议信号,并预留有以太网通信和光纤通信模块接口,实现多功能信号的转发及通信转换。在运行模式下,将下端设备发送过来的RS-485信号,通过集中处理后由任意设置的串口、光口、RJ45接口发出,输送到后台工控机,达到实时监控目的。也可以做为远距离的中继信号产品,在有效信号通过相应通道时、对应的信号灯会闪烁。

4.2.2无线远传通讯中继器——技术参数

电气设备无线测温及局放监测方案(图10)

电气设备无线测温及局放监测方案(图11)

4.2.3无线远传通讯中继器——安装接线

产品外观图


电气设备无线测温及局放监测方案(图12)


外形尺寸图(单位:mm)

电气设备无线测温及局放监测方案(图13)  电气设备无线测温及局放监测方案(图14)

安装方式:采用标准35mm导轨固定安装,按现场实际情况来安装。

接线如下图所示

电气设备无线测温及局放监测方案(图15)

电气设备无线测温及局放监测方案(图16)


1.电源输入:AC/DC220V;

2.RS485通讯接口端:可单独作为输入、输出、Modbus通信;

3.以太网/光纤通信端口:该端口只能配其中1个功能;

4.传感器接收天线(433MHz):用于安装接收天线;

5.无线远传天线(470MHz):SNA头,用于安装发射/接收天线;

6.本产品适用于35mm导轨安装。

4.3显示终端部分

4.3.1智能温度显示终端——产品概述

我公司针对电力、电气设备连接点部位由于材料老化、接触不良、电流过载等因素引起的温升过高故障隐患,开发了能够实时监测电力,电气连接点温度的新一代产品--ZF-880。该产品采用光电隔离技术,具有隔离彻底、抗干扰能力强、工作可靠、安装方便等特点,很好的解决了高电压状态下的各种温度监测问题。

4.3.2智能温度显示终端——技术参数

电气设备无线测温及局放监测方案(图17)

4.3.3智能温度显示终端——外观尺寸

电气设备无线测温及局放监测方案(图18)

接线图及说明


电气设备无线测温及局放监测方案(图19)

靠近天线口的两个USB口均为预留。


4.3.4智能温度显示终端——使用说明

ZF-880上电后初始化所有模块,点亮背光,进入温度节点显示界面,如下图:


电气设备无线测温及局放监测方案(图20)


左侧显示组柜的相关信息,包括柜名、柜号、安装位置和温度值等;右侧显示温度的实时变化曲线;底部是触摸屏的按键操作。


注意:温度数值红色显示表示温度超上限或超上上限;若没有数值,表示还未收到数据;显示“通讯断”,表示该节点在设置的更新时间内未收到新的数据。

1.1 点击“历史曲线”弹出温度的历史曲线界面,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图21)

点击“前一天”按键可以查看前天温度历史曲线,点击“后一天”按键可以查看后天温度历史曲线,拖动底部滑块或者点击底部箭头可以左右移动历史曲线,点击“关闭”按键关闭当前弹出的窗口。

1.2 点击“首页”按键可以切换到第一个组柜的窗口

1.3  点击“末页”按键可以切换到第一个组柜的窗口

1.4  点击“上一组”按键可以切换到当前窗口的上一个窗口

1.5  点击“下一组”按键可以切换到当前窗口的下一个窗口

1.6  点击“设置查看”按键弹出快选窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图22)

1.7  点击“蜂鸣器开”或“蜂鸣器关”按键切换蜂鸣器的状态,在温度超温是蜂鸣器是开启还是关闭

1.8  点击“参数配置”按键弹出如下窗口:


电气设备无线测温及局放监测方案(图23)

点击输入框,弹出数字键盘,输入密码666666,点击“确认”按键会进入配置界面,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图24)


当前窗口可以配置组柜的相关信息,“复制”、“粘贴”、“删除”是对当前组的所有信息内容的操作,信息配置完成后,点击“配置完成”按键退出配置界面,系统重启

1.9  点击“通讯参数”按键,弹出通讯的相关信息,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图25)

1.10 点击“更新时长”按键弹出设置数据通讯时长窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图26)

点击输入框,可以更改数据更新时长。

1.11点击“顺序显示”或“温度高低”按键,可以切换窗口显示的模式,是按组柜的顺序显示还是按组柜的温度大小显示。

1.12 点击“RS485输入”按键,弹出更改波特率窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图27)

点击下拉式菜单,可以点选波特率

1.13点击“232输出”按键,弹出更改波特率窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图28)

点击下拉式菜单,可以点选波特率

1.14 点击“组柜查询”按键,弹出组柜查询窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图29)

在输入框中,输入需要查询的内容,点击“确认”,会弹出查询的内容,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图30)

1.15 点击“超温记录”按键,弹出超温记录窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图31)

1.16 点击“故障节点”按键,弹出故障列表的窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图32)

故障包括三种情况,超温节点、通讯断节点、异常节点。异常节点是一直未收到数据的节点。

点击“超温节点列表”或“通讯断节点列表”或“异常节点列表”,弹出对应列表,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图33)

1.17 点击“设置时间”按键,弹出更改时间的窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图34)

点击“确认”按键进入时间修改的窗口,如下图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图35)

点击对应输入框更改时间参数。


4.3.5智能温度显示终端——ZW2511简介

无线测温+局放监测功能系统界面

电气设备无线测温及局放监测方案(图36)

无线测温功能系统界面

电气设备无线测温及局放监测方案(图37)

4.4后台软件部分

4.4.1后台软件系统——技术参数

电气设备无线测温及局放监测方案(图38)

4.4.2后台软件系统——系统界面

电气设备无线测温及局放监测方案(图39)

系统登录

电气设备无线测温及局放监测方案(图40)

设备筛选:

在线:筛选显示监测点全部在线的设备

全部离线:筛选显示监测点全部离线的设备

部分离线:筛选显示监测点部分离线的设备

报警报警:筛选显示有监测点报警的设备

项目筛选:选择本系统内的具体一个项目,站点列表就仅显示该项目的所有站点

设备状态:

电气设备无线测温及局放监测方案(图41):显示设备内所有的传感器均工作正常

电气设备无线测温及局放监测方案(图42):显示设备内有一个或多个传感器离线

电气设备无线测温及局放监测方案(图43):显示设备内所有的传感器均离线

电气设备无线测温及局放监测方案(图44):显示设备内有一个或多个传感器报警

设备详细信息:

点击具体的设备图标,系统会根据该设备对应的模型弹出该设备的详细监测页面。

项目监测:站点监测分为“数据监测”、“一次图监测”、“实时报警”、“历史报警”、“历史趋势”和“统计报表”,综合辅助电网分析柜体运行状态及潜在隐患,下图所示项目数据监测图:

电气设备无线测温及局放监测方案(图45)

无线测温数据监测图

电气设备无线测温及局放监测方案(图46)

无线测温一次图监测

温度曲线:通过温度曲线图的查询,我们可以精确看到某个历史时刻的温度数据;也可以通过历史曲线变化,辅助电网分析柜体运行状态,提前做好维护准备。

电气设备无线测温及局放监测方案(图47)

无线测温曲线图显示

实时报警:显示该站点的实时报警页面,显示该站点所有单元设备下的传感器当前报警监控信息。

电气设备无线测温及局放监测方案(图48)

无线测温实时报警

历史报警:显示该站点的历史报警页面,显示该站点所有单元设备下的传感器历史报警记录详细信息

查询报警统计的时间,可按日/月/年/自定义四个时间段查询

统计纬度,可按单元设备/报警级别/报警组三个纬度统计分析

报警次数统计图,根据查询报警统计时间,将时间段内的报警次数按柱状图进行直观展示

报警分类统计图,根据查询报警统计时间和统计纬度,将时间段内的报警根据统计纬度按饼状图进行直观展示

时段统计数据:显示统计时间段内的报警统计列表

详细报警数据:显示统计时间段内的所有报警详细列表

电气设备无线测温及局放监测方案(图49)

无线测温历史报警信息

报表统计导出:显示该站点所有单元设备下的监测点记录的统计报表,支持自定义选择监测点,查询起止时间,间隔时间以及查询纬度(最大值、最小值、平均值、瞬时值),并支持导出。

电气设备无线测温及局放监测方案(图50)

测点数据导出界面

电气设备无线测温及局放监测方案(图51)

配电室详细信息界面

电气设备无线测温及局放监测方案(图52)

测温+局放监测详细信息界面,展示当前开关柜实时监测信息。


4.4.3后台软件系统——安装说明

根据现场的情况预设远程通讯布线方案:

1.用户提供现场开关柜及所在空间平面图,同事需要提供无线接收终端、站端系统和开关柜所在空间之间平面图,方便现场施工人员制定施工方案。

2.无线接收终端至后台之间通讯采用光纤通讯或者无线远程通讯。

3.如无线接收终端与后台通信距离小于200m,建议使用RS485方式通信,通信线缆采用双绞屏蔽线缆,防止环境其它信号干扰。

4.后台功能:监控后台采用BS结构,具备通讯数据接收、处理、存储、显示、报警提示灯功能,显示界面包括概括图、详细图、曲线图、一次图;超温报警门限可设,支持短信提示;所有数据记录并存储。

5.为了现场施工能够快捷、正确、可靠的进行,现场服务人员需要做好计划步骤和施工记录;记录主要包含:

无线温度传感器安装记录表;后台调试数据库备份;现场后台布线结构


5.项目实施方案

5.1施工安全

电气设备无线测温及局放监测方案(图53)

5.2项目产品配置清单

电气设备无线测温及局放监测方案(图54)

5.3技术支持与服务

杭州泽沃电子科技有限公司现对购买我公司产品的所有用户均作如下产品质量、服务保证承诺:

1、产品质量三包,配套的外购原材料为优质产品,以保证质量。对所有产品我厂均严格按产品规格书的技术要求生产、检验。

2、我厂生产的无线测温装置及开关柜智能操控装置均按ISO9001认证要求及GB8898-2001标准设计和生产。

3、在原材料采购、产品生产制造过程等各个环节严格按ISO质量认证标准进行控制,确保每个工序均处在质量受控状态,从而保证产品的质量。

4、所有出厂产品均严格按检验程序100%进行检验,保证成品一次交检合格率99%,成品 抽查合格率99%。

5、所有产品质保期为3年。质保期内如果发现质量问题,如属于我方的责任,我方负责免费更换、及时处理。

6、对所有用户均提供:技术更新、质量更好、服务更佳的产品。我们不但保证我们所提供给各客户的产品是完全优质合格的产品,而且我们将予以积极配合,大力支持你们的工作。

在有关系统设备到货前,我们将指派专门人员前往用户现场,做好设备安装的先期调研工作,以使系统设备运行在一个良好的工作环境,并将与用户协调有关系统的安装调试工作。

在系统设备到货后,我们的有关人员将与用户一起对设备进行检查验收,并指导客户实施现场的安装调试工作,以便及时解决万一在发货过程中存在的差错。

作为技术支持重要部分,我们还将为用户提供最佳的系统升级服务,并确保技术的先进性与应用适用发展趋势;随时能够为用户提供系统的扩展能力,以满足用户日益发展的要求;升级后的系统有良好的性能价格比、经济性。

客户的系统管理员或系统管理维护人员随时可与我公司直接电话联系,由我们的工程师和软件工程师通过电话向用户提供专业的技术咨询,以最快的速度解决用户网络系统中出现的问题,并提供全天候、无周末、1小时响应服务。

我们对免费维护期内的系统设备提供现场维护和更换服务,对后续保用服务合同内指定的所有设备提供保修和保养服务。对于未包含在后续保用服务内的设备可提供优惠收费维护服务。

我们会指定一到两名工程师负责指定用户的维护工作,这样,用户的维护请求可以得到最快的响应,能更快地提出建议并解决问题。

系统验收合格后,我们会建立完整的用户系统设备配置及免费维护档案,以便随时查阅用户系统的原始维护记录,为系统的维护提供参考资料。

5.4安装准备

用户购买我公司的产品后,请在下列条件满足的情况下,即可实施安装:

1.基础设施建设完工、开关柜固定就位、母排、进出线安装完毕/具备AC220V/DC220V电源。

2.需要后台的用户,必须提供现场的平面图,包括开关柜布局、监控室与开关柜之间平面图,我们会根据这些资料准备现场所需的安装材料,譬如通讯电缆、光缆已经其他辅料。

3.现场具备布线的条件调研,如RS485线光缆的走线槽、穿线孔等。


5.5工程实施

实施方式

原则上杭州泽沃电子科技有限公司只负责指导客户实施安装,如需我司施工,施工前明确安装进度时间,一般安装时间为2至5个工作日,如有后台调试则需与客户协商施工进度及时间;如施工安装由第三方负责,则我公司有义务负责配合远程指导、培训第三方工程服务人员。

现场安全

我们的技术人员都经过专业培训,具备丰富的现场作业经验。尽管如此,还需请用户为我们提供1-2名现场服务人员,以保证施工安全和调试顺利。

用户培训

我们在安装调试完成后,会把整个系统交付给用户,请及时给我们的服务进行验收和评价,同时我们会安排专门的用户培训,指导用户操作我们的后台、进行简单的配置和维护。


6.产品特点及对比

我公司无源无线温度传感器与其它常见测温设备性能比较如下表所示:

电气设备无线测温及局放监测方案(图55)

电气设备无线测温及局放监测方案(图56)

备注:相比无源无线测温方式,其它的测温方式均有一些不足或者隐患。


红外测温弊端:

8.1.1红外测温探头安装固定条件要求苛刻,体积较大,许多柜内发热点温升状态不能有效监测。

8.1.2测温精度容易受到柜内障碍物、灰尘、距离等影响,且需要定期维护清洁测温探头。

8.1.3测温主机一般使用有线式供电,给一次系统安全间距带来隐患。

使用电池供电的弊端:

8.2.1高温下电池寿命大大降低,实际寿命很难计算;如大量使用,则需要频繁停电更换电池。

8.2.2电池长期处于高温状态下会存在使用寿命减退甚至失效的隐患,给一次系统运行安全带来隐患。

8.2.3为了防止电磁场干扰设备和影响电池,一般必须使用屏蔽盒,这样增加了传感器尺寸给安装带来一定的困难。

使用CT取电测温的弊端:

需要提前确定线圈尺寸大小,且体积较大。

线圈安装麻烦,需要停电较长时间。

8.3.3 CT线圈会引入一些干扰和电压波动(有时甚至高至数百伏电压),造成传感器工作不稳定,且故障率高,给后期维护带来一定工作量。

运行条件较为严格,最低取电工作电流通常需要50安培以上,盲区大。

无源无线测温优点:

8.4.1 EH技术取电,能源清洁、绿色无污染,运行条件广泛(负荷10A以上即可稳定运行),盲区小,不会带来干扰。

体积小巧,可灵活安装在动触头、静触头、母排、电缆进出线及其它潜在发热点。

安装紧固材料为合金带,相比于硅胶带、尼龙扎带、CT环,它具有耐高温、防老化、导磁、耐候等特性能够使用于各种气候环境。

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