变电站加装无线式温度监测预警系统项目

摘　要：发电厂、变电站、配电房等系统中的开关柜、电缆等设备是决定系统运行的重要电气设备。在长期的运行过程中，开关柜中的触点和母排、电缆连接处等部位因老化、松动或接触不良导致接触电阻过大，从而导致在正常负荷下出现发热现象，而这些发热部位的温度往往无法持续监测，由此可能导致事故发生。通过监测重要电气设备各关键点温度的运行情况，可有效防止相应事故的发生。目前最多采用的方法是示温腊片、红外测温仪、红外成像仪等设备进行测温，但由于现场情况的限制，无法对各个关键点进行实时温度监测。

关键词：变电站；温度；监测；预警系统；项目
　　为实时掌握10kV开关柜内设备的运行工况，我局与珠海赛迪生电气设备有限公司共同开发研制了TMS系列无线式温度在线监测预警系统，对10kV开关柜柜内带电设备搭接部位进行在线温度监测，在线诊断出即将逾限的温度预警，提醒运行部门提前制定计划进行发热处理，预防事故的发生，减少事故的损失，同时还对安装有二次保护装置、测控设备的主控室、高压室环境温度进行监测、分析和预警，在运行环境温度越限时发出预警信号，通知整改，延长二次设备的使用寿命。
1.技术方案
　　1.1.1系统结构
　　系统采用分层分布式结构，由温度采集模块、温度传输单元、通信管理装置、用户手机控制室上位机、调度中心站端上位机等单元组成，其系统结构图如下：
　　
　　温度采集模块（简称TMP）
  用于温度采集和采得数据的无线发送。分为发射盒和传感头，传感头通过导热胶固定在高压开关接线端、高压电缆接头处、母线的连接点、变压器套管等需测温的位置，相连的发射盒安装在等电位的铜牌上，可根据现场情况选择安装位置。
　　温度传输单元（简称TTM）
　　用于无线接收监管区域所有TMP的数据并上传。可在线监测99个测温点，可与TMU安装在一起或独立安装。
　　通信管理装置（简称TMU）
  用于现场设定、查询相关信息，将其他单元的信息汇总、记录，并上传至手机和上位机。可自动生成对应各测温点的实时、历史趋势曲线，并可按照用户习惯选择曲线、柱状图显示，可配合管理人员分析各测温点的动态，预测故障发生部位。
　　用户手机控制室上位机
　　子站监控各测温点的实时情况。若出现报警信号，采用不同的颜色提醒管理人员。
　　调度中心站端上位机
  远程监控各子站的测温情况。若出现报警信号，采用不同的颜色提醒管理人员，及时通知相关人员进行巡查。
 
　　1.1.2TMS系列无线式温度在线监测预警系统技术特点
    1.在线实时自动采集运行设备的关键部位温度，无线通讯方式上传数据；通过后台软件系统可同时监测不同区域的温度数据采集，集中指示各个检测点的位置及对应温度值。
    2.可独立设定各组被测点的名称、温度阈值，当检测到的温度超过设定阈值时，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）及告警频率。
    3.备具有自检功能，设备的运行状态在后台软件有显示，并有通讯中断或设备故障等提示或告警信号，自检周期可在5～10分钟范围内任意设定。当检测发现设备故障时，无线式温度在线监测系统可通过多种通讯方式发出报警信息：RS—485通讯、TCP/IP、GPRS组网通讯和GSM手机短信等。
    4.软件可保存设备三年的历史数据，可通过报表或曲线直观的察看各测温点的历史数据及趋势曲线，并能打印，以供存档调阅。
    5.温度采集模块：测温和信息发送的间隔时间根据设备温度和温度变化量可在1～120分钟范围内任意设定，并保证在每1分钟检测一次测温和信息发送的情况下，设备能正常的运行6周年不更换电池。
    6.温度传输装置：采用高频无线电通讯方式接收温度采集模块的各种信息；完全与电气设备隔离，至少可监测60个测温点；
    7.通信管理装置：实现与管理机的数据交换。使用大屏幕显示，用户可定义测温点名称，直接将过温点报警信息发送到指定手机。
    8.监测管理软件系统用来实现相关的操作和监测，具有以下基本功能：
　　1） 立体流程画面的显示功能
　　2） 历史趋势显示功能
　　3） 报警功能
　　4） 声音报警
　　5） 数据打印功能
　　6） 数据上传和导出功能
　　7） 系统自检功能
　　8） 具有多种类型图表、系统图、3D/2D曲线图、梯形图、柱状图等
　　9） 可生成相关表格：实时数据表、历史数据及统计报表、设备参数表、报警一览表、常用数据表、设备参数表、目录表、备忘录等
　　10）可以在系统图上直接查询设备台帐信息、运行参数信息、运行统计信息等。
9.系统容量：支持互联网方式构建系统，可监测25000测温点。
　　2.2小结
　　目前最多采用的测温方法是粘贴示温腊片、使用红外测温仪、使用红外成像仪等设备；但由于现场情况的限制，无法对开关柜内的隐蔽点、关键点进行实时温度监测。经项目组人员的共同努力，TMS系列无线式温度在线监测预警系统于2009年07月正常投入运行。该系统的使用，将对开关柜内设备的发热情况及保护装置运行环境温度情况发挥良好的监控作用，可以根据预警信息及时改进保护装置运行环境温度和提前制定计划发热设备的消缺计划，预防事故的发生，减少事故的损失，同时也减轻运行部门设备巡查负担。本项目具有一定的实用推广价值。
2.测试报告
　　2.1温度采集模块精度测试报告
　　标准输入值：0℃【冰水混合物】、100℃【沸水】测试人：朱浩、许文才、姚冠雄
序号
采样点
温度值(℃)
装置实测值(℃)
误差
1
55011刀闸A相母线侧
0
1.1
1.1%


100
100.2
0.2%
2
55014刀闸B相主变侧
0
1.1
1.1%


100
100.1
0.1%
3
552A2刀闸B相母线侧
0
1.1
1.1%


100
100.2
0.2%
4
552A4刀闸C相主变侧
0
1.1
1.1%


100
101
1%
5
552B2刀闸C相母线侧
0
1.1
1.1%


100
101
1%
6
552B4刀闸A相主变侧
0
1.1
1.1%


100
101
1%
3.2功能性测试报告
温度越限报警测试
序号
采样点
测试温度
报警信号
手机短信
1
5111刀闸A相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
2
5111刀闸B相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
3
5111刀闸C相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
4
5114刀闸A相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
5
5114刀闸B相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
6
5114刀闸C相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
7
5132刀闸A相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
8
5132刀闸B相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
9
5132刀闸C相母线侧
70℃
正常报警
正常发出
10
5134刀闸A相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
11
5134刀闸B相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
12
5134刀闸C相线路侧
70℃
正常报警
正常发出
　　温度越限告警测试
序号
采样点
测试温度
告警信号
手机短信
1
5121刀闸A相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
2
5121刀闸B相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
3
5121刀闸C相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
4
5124刀闸A相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
5
5124刀闸B相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
6
5124刀闸C相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
7
5142刀闸A相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
8
5142刀闸B相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
9
5142刀闸C相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
10
5144刀闸A相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
11
5144刀闸B相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
12
5144刀闸C相母线侧
100℃
正常告警
正常发出
2.3小结
　　经过近5个月的试运行，对现场监测数据的分析、对比，初步判断该系统监测数据稳定，并能够反映10kV开关柜柜内设备的实际运行状况，基本达到预期的设计目的，小结如下：
　　1）经测试温度采集模块的精度，平均相对误差小于0.99％，最大误差小于1.15％，低于技术指标规定的2%，从而保证无线式温度在线系统的监测实时精度，实现温度预警与温度告警。
　　2）实现了10kV开关柜柜内设备关键、隐蔽部位以及主控室、高压室环境温度的实时监测；
　　3）该系统通过对各关键点、隐蔽点的实时监测，为实现10kV开关柜的“状态检修”提供了重要的数据支持，对10kV开关柜设备的运行管理，防止开关柜中的触点和母排、电缆连接处等部位因老化、松动或接触不良导致接触电阻过大，而导致在正常负荷下出现过热现象起到重要的作用。
3.总结
　　本项目自立项之初，严格遵循考察——设计——施工——验收等系列的标准，在施工进度上，基本按照要求完成工期，在系统功能、性能、稳定性方面也经受了一定的考验，目前项目已经全部完成并投入运行，实时对110kV金里变电站设备在线温度监测，通过详细记录设备温度变化的曲线、环境温度，分析设备发热故障特性，以达到提高设备的可靠性，防止发生严重故障的目的，并为今后分析、整改设备的运行环境温度提供充足的数据支持，从而节省人力物力资源，实现了项目立项的预期目标，本项目的投入使110kV金里变电站的设备维护管理水平提升到一个新的高度。
　　目前，在提倡节能、节约的大环境下，如何有效地利用资源是重要的问题，以往的计划检修往往会造成人力、物力的浪费，甚至会造成过度的维修，而以设备实时在线状态为基础的“状态检修”技术必将引起电力系统检修方式的变革，我局在本项目的基础上，将会进一步探讨今后实施“状态检修”的理论和实践基础，从而提高工作效率，更好地服务于社会。其主要推广前景如下：
　　1.采用无线式温度在线监测预警系统，替代红外线测温、粘贴示温蜡片测温等的传统测温方法，解决隐蔽设备的测温问题。
　　2.实时监测隐蔽设备关键点的温度变化，实现远方温度采集监测、实时温度数据显示，通过接入综自系统，实现超温报警功能，使设备维护人员及时、准确的判断设备的运行情况，确保设备的安全运行，提高电网的供电可靠性。
　　3.通过对高压室、主控室的环境温度进行监测，及时发现环境温度过高，避免对环境温度较为敏感的保护及自动装置出现故障，造成误动或拒动。
　　4.通过本项目的实施，获得相关的运行数据，为今后在变电站加装无线式温度在线监测预警系统提供可靠的依据。