CN113008394A - 用户配电站运行终端无线测温实时监控系统及其方法 - Google Patents

用户配电站运行终端无线测温实时监控系统及其方法 Download PDF

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张本元
王李冬
陆晓坤
荣旭东
李杨
李鹏程
梁辉
周丹丹
刘晓梅
蒋莉
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Abstract

本发明公开了一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，主要包括无线测温节点、无线中继节点、无线汇集节点、工控机；还公开了一种用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，利用所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集到的电缆温度，根据高低压侧温度的变化情况，结合设备的电流数据变化情况判断设备是否运行正常，若设备有故障，则确定故障位置是发生在高压侧还是低压侧。本发明对用户配电站的高压母线、高压开关联接点等设备的温度进行实时监测，利用先进的无线通讯技术进行数据传输，当被测点温度超过预先设定的门限值时，发出预报警信号提醒有关人员及时采取措施，保证电力设备长期安全可靠地工作。

Description

用户配电站运行终端无线测温实时监控系统及其方法
技术领域
本发明涉及配电设备的智能化技术领域，特别是涉及一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统及其方法。
背景技术
随着城市规模的不断发展壮大，城区中双电源及以上重要用户数量也不断增加。而在实际的使用过程中，重要用户的相关配电房都是由用户自己管理，并且他们对用电的管理和维护的重视程度还不够，他们虽然有自己的电工，但是电工的经验水平有限，很有可能不知道他们现有的设备是运行在哪一条线路上。甚至有的用户在线路发生故障时，未经配网调度许可，私自进行用户的负荷转移，从而导致用户自身是否有故障很难确定，这也给配网调度人员进行实际负荷转移和故障查找造成很大的困扰。因此供电公司对用户配电站的运行情况进行实时监测，有利于供电公司的调度人员及时掌握用户配电站的运行情况，从而能在发生故障时快速响应，不仅提高了供电可靠性，也提升了用户满意度。
配电房的安全一直是电力供电系统中的一个非常重要的环节，而配电房中的高压柜母排连接处、隔离刀闸或触头处、变压器低压出线处及低压柜大电流汇流排处均是发热的敏感部位。高压开关柜、母线接头、刀闸开关等重要的设备通常工作在高电压和大电流状态,开关的触点和母线连接等部位经常会因老化或接触电阻过大而导致设备部件的异常温度升高,造成温度与接触电阻值的恶性循环，导致设备不能正常工作，甚至烧毁，温度过高可能还会引起燃烧、爆炸甚至设备损坏。这些部位也是巡检人员巡检时监测的重点，但是如果单纯靠人工不定期地去巡查，显然不能很好地保障配电房的用电安全，因此研究如何监测此类设备的温度是一件非常具有现实意义的工作。因在这些容易发热的节点上装上温度传感器，实时监测它们的温度是非常有必要的。
21世纪90年代推出的温度传感器，大多测温精度都不高，分辨力只能达到1℃。目前，国外已相继推出多种高速度、高分辨力的智能温度传感器。大多数的情况下，对于环境温度的检测，都会用到温度传感器，而很少有人将温度传感器与配电终端相结合，并且利用温度数据及配电终端数据在配电主站判断线路设备的运行情况。
因此亟需提供一种新型的用户配电站运行终端无线测温实时监控系统来解决上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统及其方法，能够对用户配电站的高压母线、高压开关联接点等设备的温度进行实时监测，结合温度及设备数据预判线路运行状况及存在的问题。
为了实现上述目的，本发明不仅改造了传统温度传感器的数据传输方式，而且实现了温度传感器与配电终端数据接口。本次发明过程中重点要解决的问题有三个，第一个问题是，配电房不是新建的，各种电缆及通讯线的布放很难操作，安装的场地是两个重要用户，是不能够停电施工的，为此解决在这种环境下的数据通讯是个难点；第二个问题是，解决温度传感器与配电终端的结合问题；第三个问题是，在主站侧解决利用温度数据及配电设备采集来的开关数据，来判断线路的运行状况。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，主要包括无线测温节点、无线中继节点、无线汇集节点、工控机；
所述无线测温节点分布式布置于用户配电站运行终端的每个温度采集点上，用于实时采集被测部的温度，并周期性把温度信息通过无线方式上报到无线中继节点；
所述无线中继节点用于采集及存储若干个同频段的无线测温节点的温度信息；
所述无线汇集节点用于接收无线中继节点存储的温度信息，采集配电终端的电力参数，并实时将信息汇总后上报到工控机；
所述工控机用于实时显示测温节点的温度，结合温度及设备数据预判线路运行状况及存在的问题。
在本发明一个较佳实施例中，所述无线测温节点采用分布式温度传感器。
在本发明一个较佳实施例中，所述无线汇集节点与工控机采用RS485总线连接。
在本发明一个较佳实施例中，所述无线汇集节点采用温度控制器。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，利用所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集到的电缆温度，根据高低压侧温度的变化情况，结合设备的电流数据变化情况判断设备是否运行正常，若设备有故障，则确定故障位置是发生在高压侧还是低压侧。
在本发明一个较佳实施例中，假设所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集的数据包括高压侧三相电缆温度THA、THB、THC、低压侧三相电缆温度TLA、TLB、TLC、零线温度TLN、高压侧电流IA，则
(1)当发生一个数据变化时，电流值不超过额定数值，温度数值不超过上限值，则定义为正常运行；
(2)当发生两个数据变化时，同相电流和同相温度其一同时发生变化，变化数据不超过额定数值均定义为正常运行，电流下降为0且同相温度变化，则定义为高压单相接地故障；
(3)当发生三个数据变化时，同相电流和高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(4)当发生四个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(5)当发生五个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(6)当发生六个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；两个同相高压电流与两个同相高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为三相不平衡运行，建议用户调整负荷；同时超过额定数值，则定义为两相故障。
在本发明一个较佳实施例中，所述数据下降时只考虑同相电流和高低压温度，若同时降为0，其他两相电流和温度升高则定义为单相接地，若两相同相电流和高低压温度同时降为0，另一相电流和温度升高则定义为双相接地。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所述系统将测温系统与现有配电终端进行融合，将采集的温度数据通过工控机(配电终端)上送至配电主站，测温系统分为两个部分，第一部分是温度传感器部分，负责温度数据的采集；第二部分是温度控制系统，负责将各分布式传感器采集的温度进行汇总处理，并负责与配电终端通讯，将采集到的温度数据通过规约传输给配电终端，最终上送到配电主站；
(2)本发明所述系统对用户配电站的高压母线、高压开关联接点等设备的温度进行实时监测，利用先进的无线通讯技术进行数据传输，在中心监控室内监视设备的温度情况，当被测点温度超过预先设定的门限值时，发出预报警信号提醒有关人员及时采取措施，保证电力设备长期安全可靠地工作。
附图说明
图1是本发明用户配电站运行终端无线测温实时监控系统一较佳实施例的结构框图；
图2是所述无线汇集节点与工控机之间的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，主要包括无线测温节点、无线中继节点、无线汇集节点、工控机。
所述无线测温节点分布式布置于用户配电站运行终端的每个温度采集点上，用于实时采集被测部的温度，并周期性把温度信息通过无线方式上报到无线中继节点。优选的，所述无线测温节点采用分布式温度传感器。同时，将温度传感器的数据传输方式，改为无线传输。
所述无线中继节点用于采集及存储若干个同频段的无线测温节点的温度信息。
所述无线汇集节点用于接收无线中继节点存储的温度信息，采集配电终端的电力参数，包括电流、电压等参数，并实时将信息汇总后上报到工控机。优选的，所述无线汇集节点采用温度控制器。温度传感器与温度控制器之间可以通过无线进行数据传输，并且温度控制器可以针对每一个温度传感器进行绑定设置。所述温度控制器进行了改造，如图2所示，在温度控制器上设计了485串口。
所述工控机内置监控软件，可以实时显示测温节点的温度，并且提供多种显示方式和多种实用的功能，方便用户灵活使用。同时在工控机内开发结合温度及设备数据的算法，根据这个算法预判线路运行状况及存在的问题。参阅图2，所述无线汇集节点与工控机(配电终端)采用RS485总线连接。当测温节点多，传输距离远，需要多只汇集节点同时工作，现场环境复杂的情况可以采用RS485总线连接方式，在这种情况下所有汇集节点的RS485接口都连接在两根传输线上面，方便现场布线。在温度控制器上设计485串口并通过该串口与工控机连接，温度控制器与工控机之间的数据通讯采用modbus规约进行通讯。
该系统不仅对温度采集系统进行了改造，对于母线、开关柜触点和电缆接头等带电物体表面的温度采集，采用无线温度传感器进行采集。为了防止数据泄露，每一个温度传感器与温度控制器之间采用AES加密，并且温度传感器在温度控制器中是进行绑定的；而且对温度控制器与工控机(配电终端)的结合也进行了改造，温度控制器与配电终端之间采用485串口接线，开发modbus通讯规约实现数据通讯。
本发明实施例还提供一种用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，利用所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集到的电缆温度，根据高低压侧温度的变化情况，结合设备的电流数据变化情况判断设备是否运行正常，若设备有故障，则确定故障位置是发生在高压侧还是低压侧。
线路发生短路时，线路的短路电流一般都很大，发热量多，时间短，热量不易散出，造成电缆头及接触部位温度迅速升高。
电缆正常运行时散发的正常温度如下：
QR＝Iw 2Rt
其中，QR为电缆正常运行时导线的发热量，IW为电缆的电流，Rt为电缆正常工作时的电阻；
R0＝ρS
其中，R0为电缆的交流电阻，ρ为导线材料的电阻率(Ω.mm2/Km)。
导线温度发生变化时，其电阻值也要发生变化，温度与电阻的关系如下：
Rt＝R20{1+a20(t-20)}
其中，Rt为温度t℃时电阻(ΩKm)，R20为温度为20℃时的电阻(ΩKm)，a20为电阻的温度系数(1℃)。
发生短路故障时，发热过程根据短路电流热效应计算方式倒推，热效应采用了工程上的近似计算法：
Figure BDA0002958703200000061
短路电流的计算公式为：
Figure BDA0002958703200000062
其中，Ipt为短路电流周期有效值，inp0为短路电流非周期分量起始值；
Figure BDA0002958703200000063
为非周期分量衰减时间常数。
明确了正常状态和故障状态下的温度和电流变化情况，本方法的总体故障判定规则如下表：
Figure BDA0002958703200000064
假设所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集的数据包括高压侧三相电缆温度THA、THB、THC、低压侧三相电缆温度TLA、TLB、TLC、零线温度TLN、高压侧电流IA，则
(1)当发生一个数据变化时，电流值不超过额定数值，温度数值不超过上限值，则定义为正常运行；
(2)当发生两个数据变化时，同相电流和同相温度其一同时发生变化，变化数据不超过额定数值均定义为正常运行，电流下降为0且同相温度变化，则定义为高压单相接地故障；
(3)当发生三个数据变化时，同相电流和高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(4)当发生四个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(5)当发生五个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(6)当发生六个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；两个同相高压电流与两个同相高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为三相不平衡运行，建议用户调整负荷；同时超过额定数值，则定义为两相故障。
以上数据上升异动同理，所述数据下降时只考虑同相电流和高低压温度，若同时降为0，其他两相电流和温度升高则定义为单相接地，若两相同相电流和高低压温度同时降为0，另一相电流和温度升高则定义为双相接地。
具体的变化及判断详见下表：
Figure BDA0002958703200000071
Figure BDA0002958703200000081
Figure BDA0002958703200000091
Figure BDA0002958703200000101
Figure BDA0002958703200000111
Figure BDA0002958703200000121
Figure BDA0002958703200000131
Figure BDA0002958703200000141
Figure BDA0002958703200000151
Figure BDA0002958703200000161
Figure BDA0002958703200000171
Figure BDA0002958703200000181
Figure BDA0002958703200000191
Figure BDA0002958703200000201
Figure BDA0002958703200000211
Figure BDA0002958703200000221
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，其特征在于，主要包括无线测温节点、无线中继节点、无线汇集节点、工控机；
所述无线测温节点分布式布置于用户配电站运行终端的每个温度采集点上，用于实时采集被测部的温度，并周期性把温度信息通过无线方式上报到无线中继节点；
所述无线中继节点用于采集及存储若干个同频段的无线测温节点的温度信息；
所述无线汇集节点用于接收无线中继节点存储的温度信息，采集配电终端的电力参数，并实时将信息汇总后上报到工控机；
所述工控机用于实时显示测温节点的温度，结合温度及设备数据预判线路运行状况及存在的问题。
2.根据权利要求1所述的用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，其特征在于，所述无线测温节点采用分布式温度传感器。
3.根据权利要求1所述的用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，其特征在于，所述无线汇集节点与工控机采用RS485总线连接。
4.根据权利要求1或3所述的用户配电站运行终端无线测温实时监控系统，其特征在于，所述无线汇集节点采用温度控制器。
5.一种用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，其特征在于，利用所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集到的电缆温度，根据高低压侧温度的变化情况，结合设备的电流数据变化情况判断设备是否运行正常，若设备有故障，则确定故障位置是发生在高压侧还是低压侧。
6.根据权利要求5所述的用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，其特征在于，假设所述用户配电站运行终端无线测温实时监控系统采集的数据包括高压侧三相电缆温度THA、THB、THC、低压侧三相电缆温度TLA、TLB、TLC、零线温度TLN、高压侧电流IA，则
(1)当发生一个数据变化时，电流值不超过额定数值，温度数值不超过上限值，则定义为正常运行；
(2)当发生两个数据变化时，同相电流和同相温度其一同时发生变化，变化数据不超过额定数值均定义为正常运行，电流下降为0且同相温度变化，则定义为高压单相接地故障；
(3)当发生三个数据变化时，同相电流和高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(4)当发生四个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(5)当发生五个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；非同相电流和温度产生数据变化，数据不超过额定数值则定义为正常运行；
(6)当发生六个数据变化时，同相高压电流与同相高低压温度、零线温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为偏相运行，建议用户调整负荷；同相电流和高低压温度同时变化，数据变化超过额定数值，则定义为此相发生短路故障；两个同相高压电流与两个同相高低压温度同时变化，数据变化不超过额定数值，定义为三相不平衡运行，建议用户调整负荷；同时超过额定数值，则定义为两相故障。
7.根据权利要求5所述的用户配电站运行终端无线测温实时监控方法，其特征在于，所述数据下降时只考虑同相电流和高低压温度，若同时降为0，其他两相电流和温度升高则定义为单相接地，若两相同相电流和高低压温度同时降为0，另一相电流和温度升高则定义为双相接地。
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