冶金集团开关柜无线温度在线监测系统技术方案书

1. 综述

现代社会对电能的依赖性极高，用电密度越大的地区对电的依赖性越高，因而对供电设备的可靠性提出了越来越高的要求。

变电站的高压开关柜是最重要的电气设备之一。在设备长期运行过程中,开关柜中的动、静触头等部位会因制造、运输、安装不良及老化引起接触电阻过大而发热，如果这些发热部位的温度无法监测，得不到及时检修，则最终会导致火灾事故的发生。近年来，在发电厂和变电站已发生过多起开关柜过热，造成火灾和大面积的停电事故。这些现象在大电流开关柜如进线柜上尤为突出，且影响极大。为避免此类事故的发生，安装一种能即时监测触头温升的装置显得非常迫切.

通过监测开关柜内触头温度的运行情况，可及时有效地防止开关柜的火灾发生。

但由于开关柜全封闭运行，内部空间狭小且具有裸露高压，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保障高压开关柜安全运行的重要手段。

高压测温需通过无线传输实现传感器与低压部位安装的监测仪表高压隔离，因此处于高压端的传感器，其工作供电是需要解决的一个难题。

传统无线测温系统厂家均采用电池供电方式，该方式高温下电池寿命大大降低，实际寿命很不确定。大量使用，需频繁停电更换电池，后期维护成本高；存在安全隐患，电池长期处于高温下存在液体渗漏或爆炸危险；直接影响一次系统安全；为了减少功耗，数据提取间隔时间长，实时性差。

山东正瑞电子有限公司发明的新型无线测温传感器，不含任何电池，采用感应供电方式解决了高压端的无线传感器供电问题。

开关柜触头测温方式分为3种：感应供电无线测温和电池供电无线测温方式及红外在线测温方式。

（一）感应供电测温的特点：

1、温度巡检速度快，巡检周期短，采样周期为5-10秒，发射周期同样为5-10秒，能及时发现运行中的温度异常，及时报警，能真正起到报警的作用。

2、 无需更换电池，免维护。特别是常年不能停电的重要设备，运行寿命达10年以上无需维护。

3、 随着技术的发展，测温的电流门槛值在不断减小，目前已经做到启动电流为3A。对于开关柜的触头接触电阻来说，小于3A引起触头发热的现象可以忽略。

 

（二）电池供电测温的特点：

1、采用以色列电池，耐高温，但高温或低温下能量损失快造成寿命变短。

2、电池方式传感器不适合在动触头上安装。因为传感器电池盒为突出物体，与高压触臂接触，为高压等电位。在落灰情况下，传感器外壳形成高压电极，极易形成高压放电，引起二次事故。(因此南网公司已经不建议使用电池方式触头测温。)

3、电池能量非常有限，因此各厂家不得不采取延长采样周期的方法来延长电池寿命。一般情况下，每隔5分钟采样一次并且室温条件下的寿命为不到1年；每隔1小时采样的寿命为1年半-2年，在大负荷发热情况下（正常情况）则寿命迅速衰减。尽管各厂家采取减少无线发射的各种措施，仍然难以有好的改观。（注：以色列电池在无任何负载放电情况下的常温存储时间为小于8年）

4、采样周期的延长，对于运行中的事故前兆-温升来说是致命的，极易在传感器休眠期间被忽略，从而丧失了最关键的初次报警时机。

5、电池在消耗到不足以支持传感器运行时，往往发出误报警，造成运行人员误判。此时会给运行人员造成巨大工作压力。

 

（三）红外测温方式特点

1、红外测温方式为非接触式测温，传感器安装在柜壁上，由采集仪表供电，无需考虑供电问题。

2、红外测温由于红外器件本身发热的物理原因，会引起测温过程中温度漂移（即温漂），造成数据误差较大，引起误报警。这是目前尚无法解决的。

3、红外测温传感器只能安装在母线仓和出线仓，照射铜排，测量铜排温度，不能很好的反应触头发热情况。

4、安装后，由于母线难以停电，因此无机会进行维护维修。

5、制造成本高，造成投资稍高。

 

2. 产品简介

2.1 总体结构

2.2 无线温度监测器

连续监测高压开关柜内触头的运行温度，由数字显示屏循环显示出每个带电触头的温度值，可确定触头的过热程度，当发生超温时，仪器发出报警指示。并可将温度值通过RS485接口传到计算机作进一步数据处理，实现开关柜温度的集中监测。

2.3 无线温度传感器

无线温度传感器用于测量高压开关柜内的裸露触点、母线连接处和小车触臂内的运行温度。无线温度传感器是由温度传感器件、信号处理及无线发射器、感应电源三部分组成。

温度传感器具有小巧的体积，当与被测物体表面直接接触时，能保障快速测量温度的变化，并将温度变化的信号传到信号处理及无线发射器，进行信号处理并将处理后的信号通过无线传输到温度检测器。感应电源由感应电源组成，感应电源采用小CT磁饱和技术由一次电流感应出电源，将其安装在开关柜触头上，当开关柜负荷电流在3A以上时，感应电源即可感应提供给传感器稳定的工作电压。

 

3. 现场情况及需求分析

3.1、需温度监测的开关柜分布情况

现场需要对开关柜动触头进行在线温度监测，当温度过高或温升过快时通过本地监测器和监控中心软件报警。需监测温度开光柜高配站和总降站合计 75台 ；

110KV总降站需监测温度开关柜44台；（数量情另行核实）开关柜分配位置如下：

高配站需温度监测开关柜统计：

1)   动力中心：2台进线柜；

2)   闪速熔炼：2台进线柜；

3)   一期硫酸：2台进线柜 ；

4)   渣选 ：3台进线柜，4台磨机；

5)   二期硫酸：2台进线柜，SO2风机一台 ；

6)   闪速吹炼：2进线柜；

7)   净液：2台进线柜；

8)   二期电解：2台开关柜；

9)   一期电解：2台进线柜，2台整流柜；

10)  二期制氧 ：2台开关柜；

11)  一期制氧：2台进线柜，1台空压机开关柜；                                                                                                           

3.2、各站点数据通信网络情况

总降站与调度中心具有光纤通信网络交换机，调度中心可以通过网络监控总降站及各高配站的开关柜运行温度。

总降站与各高配站之间具有光纤网络连接的有动力中心、闪速熔炼、一期硫酸、渣选、二期硫酸、闪速吹炼、净液、二期电解、一期电解、一期制氧，共十个高配站。

二期制氧与总降无光缆，需要布设300米光缆。

一期制氧需要增加交换机。

3.3 总降站及各高配站现场均需要环境温湿度远程监测。

3.4 实现开关柜在线测温温湿度监测，数据通过光纤通信网络，上传到总降站监控服务器，调度中心实现远程监控。

 

4. 技术方案

3.1 系统结构图

3.2 系统说明

3.2.1无线温度传感器

在开关柜小车的6个动触头后侧的触臂上安装无线温度传感器和感应电源，感应电源在开关柜有电流通过时感应出能量给无线温度供电，无线温度传感器将测得的温度数据通过无线方式发送给无线温度监测器。

3.2.2无线温度监测器

每台无线温度监测器可以同时接收128个传感器的温度数据并通过液晶屏循环显示，具有RS485上传接口；现场无线温度监测器通过RS485网络并联，并通过RS485/网络接口转换器转换为RJ45接口的以太网信号，连接到现场中电网络交换机，通过TCP/IP协议上传到总降监控主机。

3.2.3 环境温湿度传感器

每个开关室安装一个温湿度传感器，监测环境的温湿度，具有485接口，温湿度数据通过485接口并入到无线测温RS485网络上。

3.2.4 RS485网络转TCP/IP网络

每个开关站的无线温度监测器组成现场RS485总线网络，通过RS485/网口进入现场中电网络交换机。

3.2.5 总降站监控主机服务器

在总降站安放总降监控主机服务器，安装ZRMSCADA1.1集中监控软件服务端Server，监控主机具备双网口，向下网口连接总降站中电网络交换机，通过中电网络采集各高配站温度与湿度数据并存储实时数据和历史数据，并对温度实时数据进行处理，实现超温报警。

向上网口连接到调度中心的光纤网络交换机，调度中心监控主机可通过客户端查看实时温度数据，查询历史数据，查询报警事件。

3.2.6 调度中心

在调度中心安放监控主机，该主机运行客户端监控软件Client，可通过客户端查看实时温度数据，查询历史数据，查询报警事件。

5. 技术参数

4.1 无线温度传感器

测温范围：-30℃~+200℃

测温精度：±0.5℃

供电方式：感应取电；

安装位置：断路器触臂动触头

无线频率：430MHz；

发送频率：10S发送一次；

4.2 感应电源

输出电压：5V

工作最小一次电流：3A；

工作大至一次电流：6000A；

尺寸规格：φ60mm和自绕两种；

4.3无线温度监测器

供电电压：AC220V/DC220V；

温度显示：液晶屏显示；

无线接口：430MHz

上传接口：RS485串口；

通信协议：MODBUS_RTU

报警输出：1个（无源接点）250VAC,0.6A或24VDC,5A

安装方式：嵌入式安装

开孔尺寸：90*90mm

4.4 串口/网口转换器

站间数据传输要求：TCP/IP网络通信

站内数据传输：RS485网络通信           

4.5中心监控服务器

主要功能

l  数据采集存储

l  实时温度显示

l  温度超上限报警

l  历史温度查询

l  历史事件查询

l  网上数据发布

l  权限管理

用户可以输入密码，进行界面的修改。系统能自动判断用户的权限级别。设置报警温度值，修改温度监测点显示样式。

监测主界面显示当前各测温点温度。

如果监测站发生温度越限，则监测站弹出报警提示，并伴有声音和光标提示报警，当温度回落到警戒温度之下后，报警停止。在有监测点超温报警的时候系统静音功能可以关闭声音报警。

趋势图可以将原始数据记录下来的温度值绘制成曲线图，使用户更直观的观察温度值的变化。

用户可以查看所有的报警事件，也可以任意查询各时间段的事件。

6. 现场安装

5.1 无线温度传感器安装

对应不同的小车断路器有两种安装方式：

5.1.1 对于额定电流小于1250A的断路器，如果断路器触臂有瓷套，将传感器和感应电源安装在瓷套内，需要用卡簧钳将瓷套拆下，装好后在把瓷套装上。如果断路器触臂上没有瓷套，在触臂上安装完传感器和感应电源后要用热缩套管热缩固定。

5.1.2 对于额定电流大于1250A的断路器，将无线温度传感器捆扎在触臂上，感应电源的磁芯用硅钢片现场绕制，最后用热缩套管热缩。

安装图：

 

 

5.2 温湿度传感器安装

温湿度传感器安装在开关柜二次舱面板上，监测环境温湿度，并入无线温度监测器的数据上传RS485网络，电源从开关柜内取交流220V。

5.3无线温度监测器安装

无线温度传感器安装在柜面上，开孔尺寸为90mm*90mm；电源从开关柜内取，交直流220V都能接入，RS485上传接口采用屏蔽双绞线，组网采用串行总线结构，星形总线需要加RS485集线器。

           

 正面图图                                   反面图

5.4 RS485串口/网络转换器安装

安装在交换机柜内，串口端接入连接无线温度监测器的RS485总线，网口端通过网线接入交换机，通过设置软件设置器网络端IP地址和掩码。

5.5 总降中心监控服务器安装

采用双网卡，一网卡与各高配站RS485串口/网口转换器通信获取现场温度数据，一网卡接入调度中心网络，方便调度中心查看监测开关柜温度。

监控服务器安装ZRMSCADA1.1集中监控软件，软件监控画面根据现场情况组态。

5.6 施工方案。

每台开关柜安装6个无线温度传感器和6个感应电源，每5台相邻开关柜可供用一个无线温度监测器。

两人配合施工，安装时间控制在40分钟以内。一人安装传感器，一人开孔安装温度监测器。

最后要把上传总线穿到电缆夹层预留，待站内所有开关柜安装完毕后，将总线连接起来，布设到站内的网络交换机处。

7. 配置表

山东正瑞电子有限公司

地址：淄博市高新区政通路135号（高科技创业园B座）

电话：0533-3582840  3581782

网址：www.sdzhengrui.com

E-mail: zbzhengrui@163.com

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