簡析無線在低壓大電流斷路器上的應(yīng)用和設(shè)計(jì)

摘要：論述無線測溫技術(shù)在低壓大電流斷路器上的應(yīng)用，通過安裝無線測溫預(yù)警系統(tǒng)解決了大電流設(shè)備故障給電廠安全生產(chǎn)帶來的困擾，對保障電廠安全運(yùn)行具有重要作用。

   關(guān)鍵詞：無線測溫；低壓電器大電流斷路器；電廠安全

0引言

   在電廠中，低壓大電流供電設(shè)備隨處可見，在長期運(yùn)行過程中這些設(shè)備的斷路器觸頭及斷路器與母線之間的連接插接件等部位會(huì)因?yàn)榈蛪耗妇€表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動(dòng)、斷路器插接件老化及制造、運(yùn)輸、安裝不良等問題引起接觸電阻過大，造成設(shè)備過熱。如果無法監(jiān)測這些發(fā)熱部位的溫度，使其得不到及時(shí)檢修，那么發(fā)熱情況將進(jìn)一步惡化，可能導(dǎo)致斷路器爆炸、起火，燒毀開關(guān)柜，引發(fā)惡性事故，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。及時(shí)測量母線接頭與斷路器插接件觸點(diǎn)溫度，為采取有效措施提供準(zhǔn)確信息，將是電廠實(shí)現(xiàn)長周期安全運(yùn)行的重要保障。

   洪江電廠安裝有6臺(tái)單機(jī)45MW的燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量為270MW，投產(chǎn)時(shí)為國內(nèi)單機(jī)容量燈泡貫流式機(jī)組。電廠廠用電壓為400V，原廠用400V低壓斷路器柜為河南新鄉(xiāng)豫北電器廠生產(chǎn)的低壓GCY型組合抽出式開關(guān)柜，目前已運(yùn)行13年。隨著運(yùn)行年限的延長，設(shè)備不斷老化，近年來頻繁出現(xiàn)斷路器插接件與母線接觸不良，大負(fù)荷時(shí)發(fā)熱導(dǎo)致斷路器插接件燒焦變形等情況。此前電廠無專門400V大電流斷路器測溫設(shè)備，以上缺陷均是通過每天3次的人工測溫發(fā)現(xiàn)的，由于不是24小時(shí)不間斷監(jiān)測，因此這些缺陷的發(fā)現(xiàn)均有一定滯后時(shí)間。另外，檢測點(diǎn)多，檢測位置復(fù)雜，人工測溫費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至還威脅測溫人員人身安全。

   2014年下半年，洪江電廠決定對公用廠用400V低壓系統(tǒng)進(jìn)行改造。為提高設(shè)備自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷在線監(jiān)測，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)減少人工測溫工作量，防范人工巡查測溫時(shí)存在的觸電安全風(fēng)險(xiǎn)等因素，采用了“溫度在線監(jiān)測裝置＋無線測溫技術(shù)"，以實(shí)現(xiàn)廠用400V低壓系統(tǒng)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測。

1無線測溫系統(tǒng)構(gòu)成及安裝位置

1.1無線測溫系統(tǒng)總體介紹

   無線測溫系統(tǒng)整體上分為采集層、收集層和監(jiān)測層。采集層由無線溫度傳感器組成；收集層為就地集中顯示裝置，通過無線和采集層連接，通過網(wǎng)絡(luò)或光纖和監(jiān)測層連接；監(jiān)測層為測溫后臺(tái)，可選擇10/100M局域網(wǎng)、光纖網(wǎng)絡(luò)等通信方式聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并定時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶要求對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行記錄，形成歷史數(shù)據(jù)庫，能提供分、時(shí)、日曲線顯示，報(bào)表打印，超溫記錄，并及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；支持?jǐn)?shù)據(jù)共享，提供給第三方讀取測溫?cái)?shù)據(jù)，將測溫?cái)?shù)據(jù)放入綜合管理平臺(tái)中。系統(tǒng)框圖如圖１所示。

圖1系統(tǒng)框架

1.2無線測溫系統(tǒng)主要設(shè)備

（1）無線溫度傳感器。在每個(gè)需要監(jiān)測溫度的節(jié)點(diǎn)上安裝一個(gè)無線溫度傳感器。該傳感器每隔一定時(shí)間自動(dòng)測量所在節(jié)點(diǎn)的溫度，并發(fā)送給集中顯示裝置。

（2）集中顯示裝置。自動(dòng)收集并顯示無線溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，并在收到測溫后臺(tái)的讀取命令后把收到的數(shù)據(jù)上傳測溫后臺(tái)。

（3）測溫后臺(tái)。測溫后臺(tái)為一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)，用來定時(shí)讀取和存儲(chǔ)從集中顯示裝置中收集的溫度數(shù)據(jù)。

2無線測溫系統(tǒng)主要功能

2.1無線溫度傳感器

（1）每個(gè)溫度探頭具的ID號(hào)，實(shí)際安裝使用時(shí)需要記錄每個(gè)無線溫度傳感器的安裝地點(diǎn)，并與編號(hào)一起存入測溫后臺(tái)數(shù)據(jù)庫及集中顯示裝置中。無線溫度傳感器每隔一定時(shí)間自動(dòng)發(fā)射一次監(jiān)測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，由集中顯示裝置收集并記錄所在區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)并通過光纖傳輸至測溫后臺(tái)，發(fā)現(xiàn)異常立即報(bào)警，避免了人工測溫方法存在的滯后、工作量大、不安全等問題，非常適合具有大量監(jiān)測點(diǎn)的電廠，提高了電廠的自動(dòng)化程度，減輕了人工測溫時(shí)的繁瑣工作。

（2）無線溫度數(shù)據(jù)傳輸。無線溫度傳感器與測溫終端之間的無線連接，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護(hù)，又減少了對電廠安全運(yùn)行的影響，使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高。無線通信選擇工作于ISM工作頻率，對人體無傷害，對周圍設(shè)備無電磁干擾，符合FCC標(biāo)準(zhǔn)和無線管理規(guī)定。

（3）無線溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)。①測量溫度范圍為-40-+125℃。②測量精度：0-80℃精度誤差為±1℃，80-150℃精度誤差為±2℃。③探頭使用壽命為5-8年。④傳感器絕緣強(qiáng)度為AC2KV1min。⑤阻燃性能：無線溫度傳感器250℃耐高溫、絕緣阻燃型。⑥外觀尺寸：傳感器盒部分為80mm（長）×40.5mm（寬）×14.8mm（高），電池盒部分為68.5mm（長）×23mm（寬）×22mm（高）。⑦工作頻率為2.4GHZ～433MHZ。⑧傳輸距離為250m（無阻擋）。

2.2集中顯示裝置

（1）集中顯示裝置功能特點(diǎn)。①采用高精度無線傳輸，既方便了系統(tǒng)的安裝與維護(hù)，又減少了對電廠安全運(yùn)行的影響，使系統(tǒng)的安全性、靈活性得到極大提高，并在高溫高濕環(huán)境下具有的長期穩(wěn)定性。②可擴(kuò)展性，每個(gè)測溫接收通信終端接收容量為100個(gè)測溫回路（每回路包含3個(gè)測溫傳感器），給以后擴(kuò)容留有足夠空間，而無需增加新的接收裝置。③儀表內(nèi)部具有EEPROM，設(shè)定參數(shù)掉電不丟失；具有Watchdog芯片，程序跑飛自動(dòng)復(fù)位；具有RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘；具有以太網(wǎng)接口。④測量數(shù)值由高亮度TFT液晶顯示屏直接顯示；報(bào)警溫度設(shè)定值直接在面板上設(shè)定。⑤自動(dòng)檢測傳感器，無傳感器信號(hào)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉受控元件。⑥安裝方便，可安裝在開關(guān)柜上，也可固定在墻壁或其它物體上。⑦抗干擾能力強(qiáng)，能準(zhǔn)確識(shí)別和接收探頭發(fā)出的溫度信號(hào)，而不受其它設(shè)備的影響。

（2）集中顯示裝置技術(shù)指標(biāo)。①接入測溫點(diǎn)數(shù)為每臺(tái)接入100回路（每回路包含3個(gè)測溫傳感器）。②通信方式為RS485接口（光電隔離）1個(gè)、433M無線接口1個(gè)、網(wǎng)絡(luò)接口1個(gè)，通信協(xié)議為Modbus-tcp，同一間配電室內(nèi)（無墻壁阻擋）300m可有效接收。④接收間隔時(shí)間為1s。⑤IO端口容量為2路繼電器輸出（報(bào)警、預(yù)警輸出）。⑥工作電源為AC/DC220V，功耗不大于10W，工作溫度為-20～85℃。⑦事件記錄為循環(huán)記錄報(bào)警事件。⑧溫度門限為每個(gè)柜可單獨(dú)設(shè)置報(bào)警值和預(yù)警值。

2.3測溫后臺(tái)功能特點(diǎn)

測溫后臺(tái)為一臺(tái)工控計(jì)算機(jī)，測溫系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，使用瀏覽器直接查看測溫點(diǎn)溫度，除需要安裝瀏覽器顯示插件外，并不需要額外安裝客戶端程序。

（1）能通過后臺(tái)實(shí)時(shí)、直觀地觀察開關(guān)柜內(nèi)斷路器一次插頭和電纜接頭等電氣接點(diǎn)運(yùn)行溫度的變化情況。

（2）通過接收到的所有現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，能自動(dòng)生成開關(guān)柜內(nèi)一次插頭和電纜接頭時(shí)間段的溫度變化趨勢、歷史事件統(tǒng)計(jì)，及需要的曲線圖和圖表。

（3）報(bào)警溫度可根據(jù)用戶的實(shí)際情況自行設(shè)定，對到達(dá)預(yù)警值和報(bào)警值的監(jiān)測點(diǎn)能彈出報(bào)警窗口，并語音提示報(bào)警。報(bào)警值的設(shè)置有以下幾種方式：預(yù)警溫度（超上限）、報(bào)警溫度（超上上限）、某點(diǎn)溫度超三相溫度差別大（橫向?qū)Ρ瘸蓿⒛滁c(diǎn)溫度突然變化（趨勢超限）。

（4）可保存溫度數(shù)據(jù)和報(bào)警溫度、時(shí)間等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢。

3無線測溫技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）溫度傳感器采用無線傳輸技術(shù)發(fā)射數(shù)據(jù)，比傳統(tǒng)接線方式更安全。采用傳統(tǒng)硬接線方式通信，不但接線復(fù)雜，而且會(huì)帶來干擾、高壓擊穿等危險(xiǎn)。電廠選擇無線傳輸技術(shù)采集斷路器溫度數(shù)據(jù)，可簡化現(xiàn)場硬配線，提高系統(tǒng)安全性能。

（2）現(xiàn)地設(shè)置集中顯示裝置，每個(gè)測溫通道可單獨(dú)設(shè)置預(yù)警、告警定值，并帶干接點(diǎn)輸出。為了便于收集斷路器溫度，在各配電室安裝集中顯示裝置。該裝置具有超溫聲光報(bào)警、干接點(diǎn)報(bào)警、巡檢等功能，各組被測點(diǎn)的名稱、溫度閥值可獨(dú)立設(shè)定，當(dāng)檢測到的溫度超過設(shè)定閥值時(shí)，自動(dòng)發(fā)出過溫報(bào)警信息，并能根據(jù)不同的報(bào)警狀態(tài)調(diào)整告警級別（預(yù)警和緊急告警），快速通知檢修人員及時(shí)處理故障。

（3）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)器與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，方便上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢分析。通過開發(fā)、配置后臺(tái)服務(wù)器與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控、查詢分析功能。通過對比能及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行趨勢，發(fā)現(xiàn)隱患并處理，有效避免超溫導(dǎo)致電氣設(shè)備絕緣老化擊穿引發(fā)短路、燒毀的事故及開關(guān)柜火災(zāi)的發(fā)生。

4安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及產(chǎn)品在開關(guān)柜中的應(yīng)用

4.1應(yīng)用場景

   Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力設(shè)備安全性的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的新一代無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為電力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行提供了全新的解決方案。

4.2主要功能

   電氣接點(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

數(shù)據(jù)采集與處理（模擬量、開關(guān)量、電度、SOE、定值）

控制操作（斷路器、隔離開關(guān)、分接頭、復(fù)歸）

報(bào)警及處理功能（設(shè)備狀態(tài)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(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作順序記錄）

遠(yuǎn)動(dòng)功能（為調(diào)度中心提供相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)）

時(shí)鐘同步（北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘誤差不大于1ms）

人機(jī)聯(lián)系與運(yùn)行管理（控制、查看、數(shù)據(jù)庫定義修改、報(bào)警確認(rèn)、二次開發(fā)、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理）

與其他設(shè)備接口（微機(jī)保護(hù)、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調(diào)度）

4.3現(xiàn)場圖片

4.4測溫產(chǎn)品選型

5.結(jié)束語

   洪江電廠廠用400V低壓系統(tǒng)改造中，建成了一套400V低壓大電流斷路器無線測溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對洪江電廠大部分大負(fù)荷斷路器的24小時(shí)不間斷監(jiān)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)廠用400V低壓系統(tǒng)重要斷路器的關(guān)鍵部位老化、插接不良、接頭松動(dòng)、表面氧化、電化腐蝕、過負(fù)荷等不安全運(yùn)行狀態(tài)，提高了廠用400V低壓系統(tǒng)安全運(yùn)行水平。目前，該測溫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，多次及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)旁動(dòng)力屏及直流盤室動(dòng)力盤斷路器發(fā)熱現(xiàn)象并進(jìn)行處理，確保了電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。