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一、系統方案簡介
1.1 現狀及發展趨勢
電力系統的一次電氣設備一般由斷路器、變壓器、電纜、母線、開關柜等電氣設備組成。其相互之間由母線、引線、電纜等連接,由于電流流過產生熱量，所以幾乎所有的電氣故障都會導致故障點溫度的變化。例如在發電廠中電纜接頭、電纜中間連接處、高壓電纜的局部放電、高壓開關柜的動靜觸頭及其他連接處、低壓電氣連接處等位置過熱是大型事故的征兆,也是電廠事故多發的重災區。
多年來由于技術水平的限制使電力系統安全運行水平受到一定限制，雖然我們曾利用紅外測溫儀、紅外成像儀、感溫電纜、傳統的點式測溫系統希望解決上述問題，但都無法實現開關柜內如斷路器、刀閘聯接點和觸頭測溫。對全封閉金屬鎧裝柜更是無能為力，光纖光柵感溫故障監控系統徹底地解決了這一疑難雜癥，實現了電力系統一次運行設備的實時在線檢測，通過對設備實時數據的分析和預測，防止事故的發生，真正地作到防患于未然。其次也為今后實現狀態檢修，提高檢修效率，大大降低檢修成本和管理成本起到關鍵的作用。
目前，國內電力測溫主要應用紅外點測儀和光纖測溫儀，而在線方式由于無法解決高壓絕緣問題，所以高壓開關的觸點等空間有限的電氣設備基本上都是處于完全無監控的狀態下運行，而高等級的變電站存在著兩大隱患，一個是電壓等級高，一個是覆蓋面積大，因此，隨著無線測溫技術的發展，在電力測溫系統也逐漸為人們所認可，尤其是近年來，無線測溫系統被多家電廠和供電公司使用。保定國電中科電氣有限公司開發的無線測溫測溫系統，不僅保持了原有無線測溫的優點，而且更大大的提高了測溫定位性，縮小了測溫周期。而且吸取光纖測溫串聯方式的系統穩定性低的教訓，解決了防污閃問題，而且由于采用無線信號傳輸，不存在電磁干擾和定期維護問題，可以長期免維護可靠運行，完全符合變電站無人值守的需求。
1.2 電力設備溫度監控的意義和必要性
現代工業中，工作溫度的升降反映了設備運行狀態和許多物理特征的變化，工業設備運行異常或故障通常表現出溫度的異常變化。因此工業設備運行溫度監測是設備安全監控最為有效、最為經濟的手段，對設備的安全運行具有重大意義。隨著無線測溫傳感器技術的發展和應用，基于ZIGEEB原理的無線測溫系統是目前世界上最先進、最有效的溫度在線監測系統，特別是在電力系統、石油化工、交通運輸、工業消防等領域。
高壓開關柜溫度在線監控
高壓開關柜的在線實時溫度監控，是開關柜安全的重要保障。
開關柜內部觸頭接觸不良、插接偏心不正等原因導致過熱，以致起弧燒壞設備。高壓電纜接頭、連接器導體部分接觸不良引起異常過熱，加速絕緣老化導致擊穿，這是高壓開關柜的主要故障形式。通過對開關柜內溫度連續監測，實現故障的早期報警，當發生故障時，提供及時報警并指明故障點位置，并提供故障分析的詳盡監測數據。可以保證開關柜的安全可靠運行。
電力電纜溫度監測
電力電纜的在線實時溫度檢測，具有重大現實意義：
運行狀態監測:有效監測電纜在不同負載和不同環境溫度下的發熱狀態，積累歷史技術數據；
載流量限度分析，可以保證在不超過電纜允許運行溫度的情況下，最大限度的發揮電纜的傳輸能力、提高經濟效益；
老化監測，發現電纜上的局部過熱點，及時采取降溫措施，延緩電纜老化速度；
實時故障監測預警，發現電纜運行過程中外界因素導致的破壞；
電纜溝內火情監測與報警；
電纜接頭、電纜終端的溫度監測與報警。
發電廠、大型冶金企業電纜溝防火及火情監測
電纜溝防火直接關系到發電機組的安全運行。根據電力事故分析，由于電纜故障引發的火災事故占相當大比例。火災一旦發生，會導致大面積電纜壞毀，機組被迫停機，造成重大直接經濟損失。實時溫度檢測可以提前預警，以便及時采用有效措施。
傳統的測溫方法是將某些點式溫度傳感器安裝在電纜溝的重要部位，用光纜進行溫度數據傳送，其優點是比較經濟，但存在安裝繁瑣，抗電磁干擾能力低，監測不完整等缺點。另一種方法是采用感溫電纜，一般只能在固定的溫度值報警、誤差大、難以準確定位。
大型電力變壓器、發電機、斷路器、互感器、電力電容內部/表面、母線溫度監測
根據變壓器、發電機、斷路器、互感器、電力電容的溫度監測要求，在設備內部或表面布設光纖光柵傳感器，實現溫度實時監控。
變電站、發電廠母線的溫度監測。
（1）絕緣耐壓性：在電力系統尤其是高壓和超高壓系統中使用的設備，首先要滿足絕緣耐壓的要求，即不能降低原有設備的電壓等級和安全特性，基于無線一二次隔離原理的RCTM2-6無線測溫在線監測系統在監測現場為實時測量，完全滿足高壓開關柜內的絕緣耐壓要求，通過了國家電科院檢驗中心的工頻耐壓檢測。
（2）防污閃：在高壓開關柜這樣的有限空間內，如何保證足夠的爬電距離是該系統能否保證原有系統安全的一大關鍵。無線溫度傳感器采用耐污性能優良的耐高溫橡膠外套進行隔離，從而保證了系統的安全性。
（3）實時探測報警能力：傳統光纖測溫方式，如測溫點在40點到100點之間，則測溫周期在幾分鐘到半小時之間。采用新型的無線測溫系統，全部測點測溫周期小于50毫秒，充分的保證報警的及時性，同時由于測溫周期短，可以在報警系統中引入溫升趨勢報警，提高了報警的可靠性和前瞻性，提高電力設備的安全性。
（4）系統穩定性：傳統的測溫方式由于包含的環節多，因此出故障的環節也比較多；而無線測溫系統的整體結構簡單，只有無線溫度傳感器和無線測溫主機兩大主要部分組成，因此無中間環節，而測量現場為無線測量傳輸，完全不受強電場和強磁場的干擾，保障了系統的穩定運行。
（5）高可靠性：無線測溫系統與傳統測溫方式相比有無誤報、無漏報的特點。另外，無線測溫傳感器的加工方式采用整體澆鑄的方式，因此，一旦產品完成后，除非破壞不會產生零點漂移，所以不需要向傳統的紅外測溫系統那樣，定期進行零點標定，從而非常方便于維護。
某變電站無線測溫方案
2009年5月，由保定國電中科電氣科技有限公司生產的無線測溫系統在某變電站得到了應用，該變電站10kV、35kV開關室共計20面35kV開關柜和19面10kV開關柜，通過在每面開關柜的6個靜觸頭設置無線溫度傳感器，實現對31面開關柜觸頭溫度變化實時在線監測。該系統的主要設備包括：186只QST200光纖光柵溫度傳感器、1臺RCTM2-6主機、1臺工業控制主機和1臺后臺工作站。
安裝在每面開關柜內的6只無線溫度傳感器通過1只RCTM2-6主機，引出到485總線到后臺管理機。
RCTM2-6主機放置在開關柜二次室，通過485總線實現對10kV、35kV開關室內120只無線溫度傳感器溫度數據的實時采集，溫度采集頻率可通過軟件設定。“無線溫度在線測溫分析軟件V1.0”實現所有測溫數據的采集、顯示、存儲及自動報警，該軟件支持測溫信息電子地圖顯示、運行日志查詢、報表打印、多條件報警設定（高溫預警、高溫報警、溫升速率報警、區域溫差報警等），一旦開關柜靜觸頭出現過溫過熱，可自動控制聲光報警器動作，并將相應的開關柜過溫過熱報警信息自動發送到管理人員的手機上。
通信室與主控制室通過內部局域網連接，放置在通信室的后臺工作站可查看到開關室內20面開關柜觸頭溫度的運行狀態，包括當前溫度、實時溫度曲線、歷史溫度曲線、在線測溫系統的運行日志和管理維護信息。
目前，該系統已經正常運行了2年時間，并已經成功監測到9次因開關柜動觸點和靜觸點接觸不良而引起的溫度異常波動，并發出了報警信息。故障處理后，系統顯示該測點溫度恢復正常。本系統經受住了變電所實際環境的考驗，實踐證明其具備長期穩定的性能，能準確監測電力開關柜內溫度的變化情況，減少了變電站中因故障造成的損失。系統可與站內的管理網絡相連，實現信息的共享，提高了變電站的安全性和經濟性。
二、產品詳細介紹
1）、 系統概述
電力系統正向著大電網高可靠性、高自動化水平的方向迅猛發展。對電網運行自動化、智能化的監控水平已成為國內外高度重視的關鍵問題。隨著社會用電量的日益增加，承載著大負荷輸送任務的高壓電氣設備如變壓器、互感器、高壓開關柜、室外刀閘等電力負載也在迅速增加。電網中眾多高壓電氣設備本身、設備之間的聯接點是電力輸送最薄弱環節，這個薄弱環節的實質問題就是聯接點發熱。隨著負荷的增大，導致聯接點發熱并形成惡性循環：溫升、膨脹、收縮、氧化、電阻增大、再度升溫直至釀成事故。因此，電力系統不惜人力、財力，采取多種措施監測高壓聯接點的溫升。據國家電力安全事故通報統計，我國每年僅發生在電站的電力事故，40%是由高壓電氣設備過熱所致。因此監測高壓設備聯接點溫升是杜絕此類事故發生的關鍵，實現溫度在線監測是保證高壓設備安全運行的重要手段。
RCTM2-6無線測溫系統是專門設計用于高壓帶電體的運行溫度實時監測，該系統采用前沿的ZigBee組網技術設計，實現了高壓帶電體溫度遠距離遙測。本產品密封性能良好，室內外均可安全使用。系統具有低功耗、等電位測量、數據無線傳輸、精度高、響應速度快、操作靈活、組網方便等優勢。
2）、技術參數
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技術參數
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供電電源
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AC/DC220V
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頻段
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2.4-2.483GHz
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通訊協議標準
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IEEE 802.15.4
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溫度傳感方式
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ZIGBEE無線傳輸
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測溫方式
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數字溫度傳感器直接接觸測溫
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測溫通道
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單機標配6個無線溫度傳感器；最多支持254個溫度傳感器
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儀表工作環境溫度
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-40℃~250℃
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儀表工作環境溫度
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≤95%RH
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電池使用壽命
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5年
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通訊接口
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RS-485（光電隔離）
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無線溫度傳感器與接受裝置間距離
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50-200米(考慮環境因素)
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RS-485通訊距離
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<200米
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溫度測量范圍
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-20～125℃
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溫度傳感器精度
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±0.05
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分辨率
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±0.5℃
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傳感器耐受溫度
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300℃
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安裝方式
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嵌入式盤裝
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3）、系統功能
本系統由測溫裝置和溫度分析組態軟件兩部分構成
本產品采用先進的數字感溫電子元件與無線傳輸方式相結合。將溫度傳感器緊貼到高壓設備、母線或電纜接點、斷路器觸頭等位置，安裝快捷方便，直接測量溫度。利用2.4G的zigbee射頻技術傳遞溫度信息，實現了傳感器和被測點等電位，安全可靠。傳感器由高能鋰電池供電，壽命長達5年（正常工況）。監測儀配有液晶顯示器實時顯示所有被測點溫度，超溫告警時有常開和常閉兩組信號節點輸出（定制）。裝置具有標準RS485串行通信口，可直接與上位計算機相聯組成本地溫度監測網絡。還可以通過局域網或GPRS移動通信網將所有數據上傳監控中心，組成大范圍的遠方溫度監測網絡。并提供上位機接收、存儲、打印、數據分析程序軟件。也可以通過綜自將數據上傳。
我公司生產的RCTM2-6無線測溫系統是基于目前最先進的ZigBee技術的無線測溫系統。射頻標準符合IEEE802.15.4。使用2.4G的免申請頻段。直接序列擴頻（DSSS），采用AES128加密標準，抗干擾能力更強。極低的傳輸功率保證了電池的最長使用壽命。無障礙最遠傳輸距離為300米。傳輸速率為250kbps。整個系統由無線溫度傳感器、監測裝置（接收裝置）和后臺監控組成。
溫度傳感器由感溫元件、MCU和RF收發模塊組成，完成測量溫度和數據發送的功能。溫度傳感器安裝在斷路器的動觸頭或靜觸頭、母排、電纜連接處等高壓開關柜內的任何位置，安裝時可用高溫尼龍扎帶或采用導熱膠粘結等方法將其固定。溫度傳感器到監測裝置為無線數據傳輸。監測裝置由MCU、RF收發模塊、RS485口等組成，完成數據接收、顯示、上傳和報警等功能。
每個開關柜配1套監測裝置，一套監測裝置可帶1至18個溫度傳感器，超溫時有報警節點（定制）輸出。每個站最多可接128套監測裝置。
監測裝置可通過標準RS485口將數據傳至當地主控室后臺計算機，計算機安裝單機版分析監測軟件。對于無人置守的變電站，可將數據傳至局服務器，服務器安裝網絡版分析監測軟件。
4）、后臺智能管理系統軟件功能
系統監測管理軟件用來實現相關的操作和監測，并可靈活定義軟件功能。上位機軟件具有一下基本功能：
1. 設備登陸密碼分級管理功能。
2. 系統提供電力系統元件的繪制功能，能夠方便的繪制變電站的系統主接線示意圖，并對應各監測點。
3. 系統提供遠程設備管理功能（包括遠程更改設備地址、遠程更改溫度門限、遠程更改設備接收溫度傳感器的數量及遠程對系統運行工況的診斷等）。
4. 系統提供溫度變化率和溫度越限報警。
5. 系統提供多種圖形方式下的歷史數據趨勢分析，分析圖可以保存。
6. 系統具有表格輸出功能：輸出內容包括實時數據、歷史數據及報表、設備參數表、報警點一覽表等等，并可保存。
7. 系統提供靈活的打印功能。
8. 系統提供短信報警功能。（選配）
9. 系統具備自檢功能。
1．主界面：
具有直接顯示實時溫度數據功能。保證數據的準確性，可靠性，和實時性
2．報警功能
如監測點出現報警，將自動彈出報警界面。
系統提供聲、光報警，此時越限監測點紅色或黃色顯示，同時彈出事件列表，出現閃爍的報警提示。
3．歷史事件功能
系統提供歷史事件的查詢和管理界面。
4．趨勢圖功能：
可查詢某個時間段的歷史數據，并繪制曲線，以圖形化的方式反映狀態量的變化情況
5．統計報表功能
報表統計類型分為日統計、月統計和年統計。
5）、應用范圍
本系統主要應用于監測電網中高壓電器設備易發熱部件：
1.10KV、35KV高壓開關柜的動靜觸頭及柜內各種接點溫度的在線監測；
2.地下電纜溝內的高壓電纜接頭及其他高壓易發熱部位溫度的在線監測；
3.電站主變溫度在線監測；
4.發電廠變電設備和電纜溝內電纜接頭溫度的在線監測。
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