CN202814596U - 用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，包括无线温度传感器、无线数据传输基站和工控主机，所述的无线温度传感器与无线数据传输基站无线连接，所述的无线数据传输基站与工控主机连接。与现有技术相比，本实用新型具有测温精度高、人工工作量小、实时监测、报警等优点。

Description

用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种温度在线监测系统，尤其是涉及一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置。 

背景技术

智能电网建设是我国在能源领域的重要战略部署，最有可能实现原创性突破、占据世界制高点的领域。智能电网建设将逐步推动我国电力基础生产模式的改变，定位于利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的智能电网，是电力行业的发展方向。 

智能电网的实现，首先依赖于电网各个环节重要运行参数的在线监测和实时信息掌控，无线传感器网络作为“智能信息感知末梢”，可成为推动智能电网发展的重要技术手段。国家已经将“面向智能电网的安全监控、输电效率、计量及用户交互的传感器网络研发与应用验证”列为科技重大专项课题，全面实施传感器网络在智能电网的输电、变电、配电、用电等领域的大规模应用，传感器网络技术必将在智能电网建设中得到广泛应用和发展。 

变电站电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接点、电抗器、消弧线圈、电容器、电缆沟动力电缆等处可能会因为过载、紧固松动、散热不良等原因而导致发热。设备的运行温度是设备运行状态的重要外在表征，根据运行温度、相对温升、相间温差等信息可以较准确的判断设备工作状态是否正常。 

温度监测数据是状态检修的重要基础数据，采用国网信通的无线温度监测装置，可以满足对全站主要设备、接头、动力电缆、电容器、电抗器等设备的运行温度实现在线监测的技术需求，为全站状态检修信息化提供基础数据支持。 

1.1无线测温原理 

无线温度监测装置采用了先进的一体化、微型化封装技术，并且使用等电位安装技术，将无线温度传感器直接安装在电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接 点、电抗器、消弧线圈、电容器外壳等处，实现温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测。通过实时监测被测设备相对环境的温升、实时监测同一设备不同相间的温差，实现智能变电站设备运行温度的自动管理，为智能变电站的安全运行提供数据支持。系统也可以为每个测量点分别设置各种告警温度值，所有运行温度超标、温升超标的测量点的温度信息会有醒目的提示，方便巡检工作。全站设备的运行温度数据可通过网络发送到变电站监测控制主机，为变电站设备的状态检修提供数据支持。 

通过无线温度传感器的单片微处理器控制将被测设备温度由温度传感器转换成数字信号，再通过无线发射接收模块传递至读写器，通过微处理器将采集到的温度信息，通过485通讯模块上传到一台PC计算机。将多个传感电子标签分布在读写器的周围，在有效的通讯范围内可以随意添加、删除、移动测温终端。读写器则安装在控制中心，控制中心计算机软件实时监控每个点温度的变化，温度监测计算机从测温通讯终端采集各监测点的运行温度数据，在数据库中作长期保存，实时显示监测点的温度变化曲线，并进行分析，一旦发现温度过热、或急剧升温到设置报警温度立即报警，实现足不出户掌握整个系统的发热状况。 

1.2现有开关柜测温手段 

目前国内用于高压设备运行温度监测的技术主要有普通测温、红外测温、光纤测温和无线测温，下面对前三种测温技术与无线测温进行比较： 

(1)普通测温；常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温方式，需要金属导线传输信号，绝缘性能不能保证。无线测温系统具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜的高压，因此它能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度。 

(2)红外测温：红外测温为非接触式测温，易受环境及周围的电磁场干扰。红外成像仪无法透过测量内部设备，导致红外方式无法测量。另外高压设备环境限制，无法安装红外测温探头(因为探头必须与被测物体保持的安全距离，并需要正对被测物体的表面)。无线测温系统温度采集器直接安装到带电物体的表面，可在封闭的柜体内直接测量设备温度后，以无线方式传出。 

(3)光纤测温：光纤式温度测温仪采用光纤传递信号，其温度传感器安装在带电物体的表面，测温仪与温度传感器间用光纤连接。光纤具有易折，易断、不耐高温。积累灰尘后易使绝缘性降低，且在柜内布线难度较大，造价高。无线测温系统 采用电磁波传输信号，监测器直接安装在高低压设备上，温度测量准确，可以解决电气绝缘问题，完全绝缘，没有复杂的引线，造价低廉。 

1.3重要性分析 

当绝大多数电气设备发生故障时，能够最直观反应故障信息的参数就是温度值，而这一参数的变化常常是一个渐变的过程，所以在线监测的方式非常必要。在变电站开关室内，由于大多已采用封闭式开关柜，所以传统的红外测温方式已无法监测开关柜内温度信息，无线测温在线监测系统很好的解决了这一问题。 

目前，在高压输电线路、开闭所、变电站中的一些特殊场合，由于故障测试手段有限，温度超限点不容易被发现。随着温升的延长可能引起燃烧、爆炸甚至设备损坏或质量事故。传统的蜡片测温精度低、人工工作量大；红外测温受场地制约太大、实时性差。而无线测温传感器可将其直接安装在可能的发热处，实现智能变电站设备运行温度、相对温升和相间温差的高可靠实时在线监测，为智能变电站的安全运行提供数据支持。 

1.4行业痛点及发展方向 

近年来，电网内对于开关柜无线测温的使用已经从科技项目逐渐步入了大批量的覆盖计划。但随着早期系统上线时间的积累，开始慢慢暴露出了开关柜无线测温在线监测系统所存在的缺陷，也为这一系统的进一步发展提出了新的课题。 

(1)无线信号不稳定 

433Mhz和2.4Ghz是现在开关柜无线测温系统中使用最多的通讯频段，2.4GHz频段较高，稳定性较好，但穿透能力不够突出；433Mhz波长较长，所以穿透能力较好，但容易受干扰。 

(2)破外开关柜结构 

目前主流的开关柜无线测温系统中，无线测温终端(中继)必不可少，而终端大多需要安装在每面开关柜上，需要对开关柜面板重新开孔，从而破坏了开关柜出厂时的结构，安装较为麻烦。 

(3)设备更换困难 

作为一款有源无线设备，无线测温传感器的寿命始终是有限的，对于传感器的更换和维护必须列入产品发展的课题中。由于安装位置的特殊性，无线测温传感器的维护和更换必须停电工作，相当困难。 

(4)通讯安全无保障 

安全生产是电力设备使用中尤为重要的一点，对于无线通讯手段，人们始终存在担忧。目前的开关柜无线测温系统中已经加入了16位CRC加密技术，但是如何使人们对无线通讯安全问题更为有信心，还需要继续加强加密技术。 

(5)效果不理想 

综合以上种种因素，造成早期投入使用的开关柜无线测温系统并没有得到太高的评价，实际使用中存在的主要问题有：传感器在线率低，监测数据实时性差，无线测温终端安装繁琐，难以用于改建项目。 

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置。 

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，包括无线温度传感器、无线数据传输基站和工控主机，所述的无线温度传感器与无线数据传输基站无线连接，所述的无线数据传输基站与工控主机连接。 

所述的无线温度传感器通过无线射频网络与无线数据传输基站连接。 

所述的无线射频网络为2.45GHz射频网络。 

所述的无线数据传输基站通过RS485总线与工控主机连接。 

还包括集控站，该集控站通过电力专网或GPRS与工控主机连接。 

还包括移动PDA，该移动PDA通过GPRS方式与工控主机连接。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点： 

1、对开关柜温度监测的技术研究从未间断过，从传统的蜡片测温发展到如今的红外测温、光纤、无线测温。各种监测方式都存在了一定的弊端，而本实用新型正是从这些弊端为出发点，力求做到最为可靠、有效、经济的温度监测方式。比较蜡片测温：本实用新型具有测温精度高、人工工作量小、实时监测、报警。比较红外测温：本实用新型具有受场地制约小、数据上传周期短、实时性更好。 

2、目前各个电网主流的开关柜大多为封闭式开关柜，针对这一类型柜体，红外测温几乎无法测得柜内设备温度情况。本实用新型通过2.4GHz无线通讯方式传输数据，采用TDMA突发跳时扩频和跳频扩频模式结合的方式通讯，适用于封闭式开关柜。 

比较光纤测温：本实用新型具有传感器无线通讯，应用范围广，安装更为方便，管理方式便捷。光纤测温有着精度高、通讯稳定、实时监测等特点，但是由于采用有线的通讯方式，限制了它的应用范围，通常不应用与开关柜内。在无线测温系统中，无线温度传感器体积小，安装方式多样化，能够适用于电力系统中的各个环节。 

比较传统无线测温：本实用新型安装方式选择性多，取消现场测温终端仪，工程施工量减小，温度传感器管理更系统化，项目成本更低。传统的无线测温方式通过每个或多个间隔安装一台测温终端仪的形式来对无线温度传感器进行管理和通讯，而管理方式需要通过ID配对的方式进行，再将每台测温终端仪的数据汇总至集控室，目前较好的测温终端仪能够管理监测64个温度传感器。 

3、本实用新型在通讯方式上完成了革命性的升级，即放弃使用测温终端仪，使用无线数据传输基站来完成对无线温度传感器的管理和数据通讯。与测温终端仪不同，基站并不通过点对点的方式对传感器进行管理，而是以信号覆盖的方式管理传感器，并且能够管理范围内所有类型的传感器，并非单一的温度传感器；目前使用的基站信号覆盖范围达到开阔地无线通讯距离大于300米，非常适合变电站内使用；一个无线数据传输基站可管理多达65536个传感器。 

基站式的通讯管理技术为智能变电站在线监测的发展寻求了新的方向 

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。 

实施例1 

如图1所示，一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，包括无线温度传感器1、无线数据传输基站2、工控主机3、集控站4和移动PDA5，所述的无线温度传感器1与无线数据传输基站2无线连接，所述的无线数据传输基站2与工控主机3连接；集控站4通过电力专网或GPRS与工控主机3连接，移动PDA5通过GPRS方式与工控主机3连接。 

所述的无线温度传感器安装在被监测基站式开关柜上，定时启动测量和发送被 监测点状态数据，该数据通过无线信道传输给无线数据传输基站，该无线数据传输基站将接收到数据通过有线方式传输给工控主机，工控主机对接收到的数据进行汇集、图形化显示、阈值比较、监测预警，来实现基站式开关柜温度在线监测。 

本实用新型与传统中继式无线测温系统结构图不同，基站取代了原先无线测温终端仪的位置，不破外开关柜结构，以开关室为单位来管理无线温度传感器。 

无线温度传感器通常直接安装在被监测设备附近或之上，每个传感器都具有唯一ID，实际安装时要记录监测点物理位置，并一起记录入工控主机数据库中。传感器定时启动测量和发送被监测点状态数据，这些数据通过无线信道传输到基站，基站通过有线方式将数据上传至工控主机。工控主机具备监测数据汇集、图形化展示、阈值比较、监测预警、标准化数据通信等功能，实现变电站设备状态智能在线监测。 

无线温度传感器由微功耗MCU、数字温度传感器、2.45GHz数字RF收发器、耐高温锂亚电池、IP68不锈钢外壳和天线等组成。关键元器件全部采用经过验证的高可靠世界名牌产品。

无线数据传输基站：无线数据传输基站用于接收从传感器发送的数据，通过RS-485总线方式直接与主机通信，将数据上传至主机，并响应主机的各种命令。 

工控主机：工控主机集成了各种通讯协议，图形化人机交互界面和完备稳定的数据库。主要以被检查设备为对象，接收与被检查设备相关的数据，并对数据进行存储、分析和处理，并实现与综合监测单元或站端检查单元进行标准化数据通信。 

本实用新型的数据传输方式是传感器定时启动测量和发送被监测点状态数据，这些数据通过无线信道传输到基站，通过RS485总线方式将数据上传至工控主机，工控主机具备监测数据汇集、数据比较、故障预警、标准化数据通信等功能。根据需要可将数据传输至集控站或其他监控平台，远端数据通信方式多样化，适用于本项目的方式统称包括如下三种： 

标准协议方式 

本实用新型已经为数据进一步上传预留了通讯接口，所有输出数据均符合南方电网所制定的标准协议，包括IEC61850通讯协议和104协议等。在有需要的情况下，所有变电站的数据能够第一时间接入电力专网，上传至集控站，实现统一管理、集中监控。 

GPRS方式 

在不接入电力专网的情况下，可以通过GPRS通讯的方式，利用公网将站内监测状态数据上传至集控站内，实现不同网络、同地监控。 

由于通过公网传输数据，考虑到通讯费用和数据流量等因素，可根据不同变电站、不同开关柜、不同设备的具体情况设置上传数据的方式。 

1)实时上传：针对重要设备或发热情况严重的设备，保证数据实时更新，及时预警。

2)周期性上传：取消实时数据上传，可设置为每几分钟上传一次数据，但在温度发生一定变化时，强制上传数据，保证系统可靠性。这种上传方式相对节省流量和通讯费，可运用在运行状态相对稳定的设备上。 

3)报警上传：当设备温度在正常使用范围内时，数据停止上传服务。设置报警阀值，当测得的温度超过阀值时，强制上传数据，并在集控站内蜂鸣报警，供值班人员及时作出故障处理。可运用于设备外壳或环境温度等测温点上。 

以上的几种数据上传方式，当数据停止上传时，也将存储在站内的工控机内，可随时以询问方式调出数据进行分析比对，永不丢失。 

GPRS至PDA移动设备 

通过GPRS通讯方式，将设备温度数据上传至PDA移动设备中，供有需要随时监控设备的工作人员实时监测数据，实现真正意义上的7*24小时在线监测。 

本实用新型对原有开关柜无线测温在线监测系统几大关键性问题给出了可靠有效的解决方案。 

(1)无线通讯 

采用2.4Ghz无线传输频段，频段较高，稳定性较好，不易受变电站内电磁干扰和其他通讯干扰。针对2.4Ghz无线传输频段穿透能力不够突出问题，经过实验室和权威检测机构反复测试后验证，能够胜任开关室环境内的短距离传输，并可以通过增加基站数量来实现100％覆盖无线传感器。 

(2)安装位置 

基站安装在开关室墙上，无其他中继设备，不破坏开关柜本体机构，同时适用于新建与改建项目，施工量小。 

(3)能耗 

无线测温传感器采用进口耐高温锂电池，单向通信，超低功耗芯片，以电池容量500mA，3微安功耗计算，无线测温传感器能够正常工作15至16年。 

(4)传感器管理 

以开关室为单位，统一管理整个开关室范围内无线传感器，每个基站可管理多达65536个传感器，每个传感器配有独立ID，故障点反应更效率、更直观。

(5)通讯距离 

基站拥有超长通讯距离，配有定向与全向双天线，空旷地情况下测试，定向天线通讯范围达到锥形45°角内300米，全向天线通讯范围达到半径50米。 

实施例2 

广州供电局近年来不断对所管辖变电站进行智能化改造，力求进一步提高变电站安全运行水平，主设备温度异常作为主设备运行是否正常的一个重要考量指标已经成为一种共识，如何避免因变电站内主要设备、连接点、动力电缆等运行异常导致过热造成火灾或者故障停电事故，成为本项目的核心考量点。本次龙归站基站式开关柜无线测温在线监测系统，主要针对开关柜的温度提供实时监测，为智能变电站状态检修提供了必要的温度数据支持，实现变电站设备温度状态智能在线监测。

测温传感器的数据通过现场基站来采集，基站的布设主要根据每个房间和地区传感器的分布位置及数量来确定，并且可适当增加基站的数量来加大传感器信号的冗余度。根据110kV龙归变电站10kV2#高压开关室中无线温度传感器的分布和数量，安装2个数据传输基站就能保证系统的正常工作。采集到的所有传感器实时数据，通过有线方式传输至站内集控室，由工控机统一完成所有数据的存储，显示和报警等功能。 

从解决实际问题的角度出发，本次龙归站将测温传感器的安装位置选择在站内容易发生重载严重发热的几面柜子上，分别是502A开关柜、#2AA电容器开关柜、F23、F24开关柜四个柜内的开关上下两侧和电缆头连接处这两个易发热点，以实现及时发现开关柜内发热情况，避免重载发热造成的事故。安装方法为结构胶粘贴。 

基站式开关柜无线测温在线监测系统作为一类升级产品，它针对原有开关柜无线测温在线监测系统所暴露出的问题进行改进，以革命性的方式弥补了原有系统的弊端。如果把传统的贴片式测温模式称之为点对点测温，那么原有的中继式开关柜无线测温可以比作点对面的管理，而基站式开关柜无线测温则是全方位的3D立体式管理方式。传感器管理方式以开关室为单位，统一管理整个开关室范围内无线传感器，每个基站可管理多达65536个传感器，每个传感器配有独立ID，故障点反应更效率、更直观。 

本实用新型反应了该套系统从实际运用出发，真正意义上解决了无线通讯、安装位置、能耗、通讯距离等关键问题。 

综上所述，基站式开关柜无线测温在线监测系统是变电站内无线测温在线监测技术未来的发展方向，并将逐步取代现有的中继式开关柜无线测温系统，为变电站设备的状态检修提供更为可靠的数据支持。 

Claims (6)

1.一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，包括无线温度传感器、无线数据传输基站和工控主机，所述的无线温度传感器与无线数据传输基站无线连接，所述的无线数据传输基站与工控主机连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，所述的无线温度传感器通过无线射频网络与无线数据传输基站连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，所述的无线射频网络为2.45GHz射频网络。

4.根据权利要求1所述的一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，所述的无线数据传输基站通过RS485总线与工控主机连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，还包括集控站，该集控站通过电力专网或GPRS与工控主机连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于基站式开关柜的无线温度在线监测装置，其特征在于，还包括移动PDA，该移动PDA通过GPRS方式与工控主机连接。