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1、电力高压设备温度在线监测系统可行性方案北京国电力成科技有限公司BEIJING GUODIANLICHENG TECHNOLOGY Co., Ltd目录 1 引言-31.1 编写目的-31.2 背景-31.3 参考资料-4 2 技术方案-42.1 系统解决方案-52.2 硬件设备性能及参数-62.3 系统后台监测软件-72.4 系统的特点-102.5 现场安装图片-103 方案可行性分析-113.1 高压设备温度测量技术现状-113.2 对高压设备温度测量装置的要求-113.3 现有各种高压设备温度监测方法性能对照表-123.4 效益分析-123.5 结束语-131 引言 当今人类社会对电力的依
2、赖已到了难以想象的程度。电力供应紧张的局面已经成为我国经济平稳持续发展的瓶颈。关于电力工业问题，胡锦涛总书记在2003年秋召开的中央经济工作会议上指出：电力先行、确保安全、节能节水、循环经济。表明了电力安全在国家安全保障体系和经济发展中的重要性。我国电力工业继续以空前的速度和规模发展。如何保证其安全稳定和经济运行，防止灾难性事故的发生，是国家亟待解决的重大课题之一。为确保地方经济稳定发展，提高科技水平事在必行，确保安全生产是所有工作的重中之重。高压环境的温度测量一直是困扰安全生产的大问题，虽然近年来随着科技的发展测量手段有所改善，放弃了传统的粘贴试温蜡片或人工目测巡视等方式，采用了远红外测温技
3、术、光纤测温等技术，但也存在着许多现实问题，利用新型高科技解决这一课题已经成为一种必然。1.1编写目的本文用于分析项目的可行性，包括项目在技术上的可行性及在资金、设备、人员以及用户需求等方面的可行性，以保证今后项目的顺利进行。1.2背景在电力系统中，高压开关、变压器、载流母线等高压设备在负载电流过大时会出现温升过高，最后使绝缘部件性能劣化，甚至击穿。根据电力安全监督部门提供数据分析，全国电力企业每年因为高压开关、母线温度过高引发的重大事故上千起，给生产和经营造成巨大经济损失。通过监测变压器、高压电缆接头、高压开关触点温度的运行情况，可有效防止高压输、变电故障的发生，为实现安全生产提供有效保障。
4、因此采取有效监测措施是电力系统急需解决的重大课题。目前国内专门用于高压母线、高压开关及电接触发热测量的仪器还很少。温度监测的方法，一种是在高压电接触表面涂一层颜色随温度变化的发光材料，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量；另外一种方法是利用辐射特性的红外热像仪，准确度较高，但由于需要光学器件，在高压开关柜等特定场合使用不太方便，而且价格较高，推广应用有一定困难。更重要的是以上两种方式都需要人工进行巡查，不能实时得到温度数据，所得到的数据永远是滞后的，起不到温度实时报警功能。而有线通讯方式的电子仪表不符合电力高压环境测量仪表规范，特别要指出的是，在许
5、多电力公司正在推广光纤测温系统，虽然光纤能够承受一定的电压，但如果在空气湿度相对比较大的情况下或出现雾水、霜露的情况下会给电气造成安全隐患。而对于我们大力推广无人值守变电站的今天，解决数据的实时上传尤为重要。通过上述分析，利用无线传输的方式测量高压环境温度成为一种可能。对温度进行远程监测，在许多行业有着很大的需求，其主要技术难点在于环境原因，测温点分布较散，而且人力无法接近。电力高压环境测温就是这样一个典型的被测量环境，对于这样一个物理结构复杂、测量点分布不集中、人工无法或不便于接近的环境，限制了通常所使用的有线传输数据的方式，使得无线方式采集数据体现出更优越的性能。可按自己的实际情况分布所要
6、测量的位置，随意的移动、拆装、增减测温点的个数提供了方便。1.3 参考资料GB50255-1996电气装置安装工程 电力变流设备施工及验收规范GBJ 63-90电力装置的电测量仪表装置设计规范GB/T4989-94热电偶用补偿导线仪器仪表质量检验标准规范与安全性评价手册微功率（短距离）无线电设备管理暂行规定GB/T16611-1996数传电台通用规范800/900MHz频段射频识别RFID技术应用规定试行2 技术方案 我公司研制的 “电力高压设备温度在线监测系统” 解决了目前存在的上述问题,可在高压环境下精确测量温度并准确及时处理数据、传输数据,有效地实现了实时监测。该系统已通过多个变电站的实
7、际应用，效果良好。该系统完全符合高压环境仪表的要求，运行稳定。该系统填补了电力行业高压环境中实时无线测温的空白，为电力行业安全生产提供了更有效的温度监测措施。2.1 系统解决方案根据高压（6KV-220KV）作业环境下温度测量的特点，本方案先以短程无线方式测量温度，温度数据汇聚于温度监测仪，再通过GPRS移动通信网络或系统内的局域网远程上传，或通过变电站综自上传。实现高压设备运行温度的实时监测。实现足不出户掌握整个高压系统的发热状况，进而做出正确的决策。系统结构图如下：系统底层采用短程无线传输的方式，无线温度传感器由高能锂电池供电，采用全数字方式工作，温度传感器附着在高压母线或高压开关等发热点
8、上。温度传感器把温度数据通过无线的方式传送给温度监测仪。 多个温度传感器分布在温度监测仪的有效的通讯范围内，可以根据需要增减温度传感器数量或改变温度传感器的位置。监测仪配有液晶显示，可以把接收到的数据就地显示。对于高压开关柜测温，一般每个开关柜配一套监测仪，一套监测仪可带3至12个温度传感器，监测仪安装在开关柜的仪表室柜门上。对于电力系统室外站，可根据具体情况决定监测仪的安装位置和温度传感器的数量。如果数据需要上传监控室，则系统组网方式有以下几种情况。 当地监控室对于有人置守的变电站（企业变电站或电力系统110kV以上变电站），或者测温地点到监控室的距离不超过1000米的场合。温度监测仪可通过
9、标准RS485总线加1个RS485/RS232转换器将温度数据传至监控室后台计算机，后台计算机安装单机版分析监测软件。可组成多达128套温度监测仪的温度监测网络。 远方监控室对于无人置守的变电站（如电力系统35kV站），或者测温地点到监控室的距离超过1000米的场合。可通过以下几种方式1. 局域网方式：温度监测仪通过1个RS485/以太网转换器直接与系统局域网相连将数据传至服务器，服务器安装网络版分析监测软件。并以WEB形式发布，局域网内的任何一个终端都可以看到温度数据。2. GPRS方式: 温度监测仪通过1个RS485/GPRS转换器将温度数据通过移动通信方式传至监控中心计算机（可上外网），
10、计算机安装网络版分析监测软件。并以WEB形式发布，用户的任何一个可上外网的终端都可以看到温度数据。3. 综自方式：可向综自厂家提供温度监测仪的通信规约。也可根据用户需求修改温度监测仪的通信规约。从而通过综自方式将温度数据传至调度局监控室后台计算机。2.2 硬件设备性能及参数 温度传感器性能及参数 温度测量范围：-55+125 精度：0.5 分辨率：0.5 高压耐受电压：95KV 雷电冲击电压：185KV 温度测量周期：约120s(根据用户需要可调) 供电电源：锂电池 工作时间：大于5年 外形尺寸：56 mm27 mm17 mm 温度监测仪性能及参数 工作电压：AC220V或DC220V 温度显
11、示：LCD显示器，带背光 报警设定值：75(根据用户需要可调) 报警输出：1对无源接点，250Vac/0.6A或24Vdc/5A 通讯接口：RS-485工业总线接口 电源端子对地绝缘电阻：1000M 电源端子对地工频耐压：2000V(1min) 工作温度：-10+80 存储温度：-40+85 监测数量：80点/每台 安装方式：嵌入式盘装，106mm85 mm45 mm2.3 系统后台监测软件温度在线监测管理分析软件是一套专门用于高压设备温度实时监测和数据管理分析的软件系统。该软件运行在上位计算机上，可实现温度实时显示、历史数据记录和对比分析、预警及报警、运行状态全程记录以及报表打印等功能。帮助
12、运行人员监测和分析对比高压设备监测点的温度变化情况，及时预测出故障发生的部位，为运行人员和决策层提供最直接可靠的数据依据，从而最大限度的消除事故隐患。保证高压设备的安全运行。单机版监测系统软件主界面网络版监测系统软件主界面历史趋势图数据统计报表2.4 系统的特点 安全性高温度传感器和被测点等电位。采用射频技术传输温度数据，没有任何外接连线。而光纤测温方式有光纤引出，从而安全性降低。 可靠性高射频技术不受震动以及灰尘的影响。而红外测温方式会因震动以及灰尘的原因而降低可靠性和测温精度。 安装方便温度传感器体积小，可以方便的安装在开关触头，电缆接头等安装空间狭小的被测点上，与接收装置之间没有接线。而
13、光纤测温方式需要放置光纤。红外测温方式需要调整接收装置的位置。安装都不方便。 组网灵活 系统可通过RS485总线，组成本地温度监测网络。还可以通过局域网或GPRS移动通信网将所有数据上传监控中心，组成大范围的远方温度监测网络。2.5 现场安装图片 刀闸安装图 母排安装图 断路器安装图 监测仪安装图3 方案可行性分析 通过对产品的测试以及现场安装试运行，从技术角度分析，完全符合高压电气温度测量装置具有的特点。3.1 高压设备温度测量技术现状高压设备处于高电位，目前国内专门用于高压电气设备接触式测的仪器还很少。温度监测的主要方法一是在电接触表面涂一层随温度变化颜色的发光材料，通过观察其颜色变化来大
14、致确定温度范围，这种方法准确度低、可靠性差，不能进行定量测量；另外一种方法是利用光（红外）辐射特性的红外测温仪，它能测量0200之间温度，基本误差为（1%t十0.5%），准确度较高，但由于需要光学器件，在高压开关柜等特定场合使用不太方便，而且价格也比较高，推广应用有一定困难。更重要的是以上两种方式都需要人工进行巡查，不能实时得到温度数据，所得到的数据永远是滞后的，起不到温度实时报警功能。根据以上分析，可以总结出高压电气温度测量需要具备以下条件。3.2 对高压设备温度测量装置的要求a. 整个设备处于高电压环境中。b. 允许系统在短时间内过载运行，但必须在设备温度危及运行安全之前发出报警信号。c.
15、 由于温升是由负载电流引起的，温度随负载（时间）而变化，因此需要实时在线监测并按规定的时间间隔记录。d. 高压设备温度是电力系统状态参数之一，为综合监测系统状态，要求温度测量装置数字化输出，以便于计算机处理，并可与其他电气参数相配合，成为电力在线监测系统的一部分。3.3 现有各种高压设备温度监测方法性能对照表产品名称精度数据处理能力是否需要人为干预是否和周围有电气连接安装、扩展成本运营成本蜡片测温不能定量测量无需要无容易廉价高热红外测温精度较高，但受环境影响大无需要无不存在昂贵高光纤光栅测温精度高有不需要有需要布线，扩展性不好昂贵低无线测温精度高有不需要无安装简单，扩展性好性价比好低 从现代科
16、技发展的角度来考虑，有可能应用的方法只有后面三种。通过上述对照不难看出，无线测温系统在高压环境中有着独特的优势。国产的红外线测温仪价格虽然低但性能不是很好，容易受到气候、温度、距离以及操作人员的素质的影响，进口红外线测温仪性能虽然很好但价格昂贵，比用无线测温系统安装一个变电站的成本还要高。和热红外测温相比较，无线测温系统不需要人为的干预，而且可以通过计算机处理数据。光纤光栅测温系统虽然精度比较高也不受周围环境影响，也可以和上位机通讯并处理数据，但该系统不能把高压电气和低压环境隔离开来，不符合高压电气仪表规范，给安全生产带来了隐患；从成本上来看，和无线测温系统的造价相近，如果采用进口光纤光栅测温
17、系统造价是无线测温系统的5-6倍。通过全面分析，可以得出结论：高压无线测温系统有着先天的技术优势，和现实需求是完美的结合。3.4 效益分析 经济效益分析系统部分要素和传统测温方式的经济效益对比分析如下：要素传统测温方式无线测温系统效益对比分析人员增加减少减人增效、节省人员车辆需要不需要减少车辆费用数据精度低，不实时精度高，实时数据准确，实时计划检修人为计划科学计划提供科学计划检修依据检修费用高昂较低状态检修，节约成本 社会效益分析系统部分要素和传统测温方式的社会效益对比分析如下：要素传统测温方式无线测温系统效益对比分析信息数据人工采集处理自动采集处理快速、一致、准确信息流通手工传递自动传递迅速
18、、准确、高效服务水准供电可靠性不高供电可靠性高提高供电可靠性和用户的满意度人员素质缓慢提高迅速提高普及和提高自动化水平，增强服务意识企业形象传统落后现代化树立现代化企业形象和全新品牌企业发展传统落后科技化和信息化符合现代化企业发展潮流售电检修无依据，损失电量准确提供检修依据状态检修，多供少损 总体效益分析通过以上分析，我们可以看出，无线测温系统运行后，将通过实时数据及历史数据分析，加强设备管理，达到状态检修目的，提高供电可靠性，多供少损。它还可以提高工作效率，节省人力；提高生产安全性；提高服务水平，改善企业形象，提高企业市场竞争力。我们可以预期，无线测温系统的成功运行，会在经济效益和社会效益两个方面取得双丰收。3.5 结束语现阶段，在电力系统测温手段主要依赖热红外测温仪，依靠运行人员定期巡检，浪费人力物力。用发展的眼光看，建立一套完整的智能化的测温系统是非常有必要的，可以有效地解决生产安全问题。纵观全局，实施这样的一个方案有着深远的历史意义和现实意义。
