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基于PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2013-11-28 11:31:26孫富連
浙江電力 2013年12期
關(guān)鍵詞:溫度傳感器測(cè)溫報(bào)警

孫富連,章 璋

(1.華北電力大學(xué),北京 102206;2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心湖州分中心,浙江 湖州 313000)

0 引言

變電站是電力系統(tǒng)的重要節(jié)點(diǎn),變電站設(shè)備的運(yùn)行情況直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行中,變電站內(nèi)的母排、隔離開關(guān)、高壓開關(guān)柜、斷路器與電纜的連接部位由于過載、接觸不良、觸頭老化會(huì)引起接觸電阻過大而發(fā)熱,如果這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測(cè)、設(shè)備得不到及時(shí)檢修,可能會(huì)因溫升過高而發(fā)生燒毀等嚴(yán)重事故。因此,為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,必須對(duì)運(yùn)行設(shè)備的溫度進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量。傳統(tǒng)的變電站設(shè)備紅外測(cè)溫方式,如定期采用紅外熱成像儀遠(yuǎn)距離測(cè)量或人工觀察連接部位的測(cè)溫蠟片,均不能滿足全面系統(tǒng)地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)告警和即時(shí)處理的要求。

國(guó)網(wǎng)德清縣供電公司多年來一直按周期開展變電站設(shè)備紅外測(cè)溫工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)行設(shè)備溫度的周期監(jiān)視和測(cè)量,但是也暴露出以下問題:

(1)傳統(tǒng)溫度測(cè)量采用的紅外線熱像儀和測(cè)溫蠟片方式存在精度低、實(shí)時(shí)性差的問題。

(2)目前在變電站中大量采用35kV和10kV封閉式開關(guān)柜,開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備不易巡視、測(cè)溫困難,無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)、消除發(fā)熱事故隱患,形成監(jiān)控盲區(qū)。

(3)傳統(tǒng)的定期紅外測(cè)溫制度容易造成同一設(shè)備無法形成連續(xù)的溫度歷史記錄,也沒有條件進(jìn)行設(shè)備發(fā)熱趨勢(shì)分析,無法滿足設(shè)備狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)積累要求。

(4)隨著縣局輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修、設(shè)備全壽命周期管理工作的開展,運(yùn)行設(shè)備的信息采集量越來越大、要求越來越高,人工工作量大,人工成本很高。

針對(duì)上述情況,有必要采取更準(zhǔn)確、覆蓋面更廣、更容易監(jiān)測(cè)及管理的新方式。無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備溫度管理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)及消除設(shè)備發(fā)熱隱患,保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高設(shè)備的健康水平。鑒于紅外測(cè)溫的管理現(xiàn)狀,開發(fā)設(shè)計(jì)了基于PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

變電站設(shè)備無線測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)主要通過在開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備、主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電容器、低壓大電流電纜、保護(hù)裝置等設(shè)備上安裝無線溫度傳感器,對(duì)變電站設(shè)備連接部位的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和查詢分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視。

1.1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)采用2.4GHz數(shù)字無線技術(shù),由無線溫度傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸基站組成無線溫度測(cè)量模塊,由站控主機(jī)分析處理采集數(shù)據(jù)后報(bào)警和顯示,同時(shí)將需要的數(shù)據(jù)通過光纖上傳遠(yuǎn)方,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用PI數(shù)據(jù)庫(kù),并基于PI系統(tǒng)軟件進(jìn)行開發(fā),建立統(tǒng)一的管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備實(shí)時(shí)溫度/歷史數(shù)據(jù)曲線生成、變化趨勢(shì)分析、實(shí)時(shí)報(bào)警、報(bào)警記錄查詢、日?qǐng)?bào)表等功能。

1.2 功能配置

(1)變電設(shè)備溫度和溫升實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和顯示,將溫度傳感器直接置于發(fā)熱處(直接接觸式測(cè)溫),在設(shè)備附近配置無線數(shù)據(jù)傳送基站,接受無線溫度傳感器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù),并通過以太網(wǎng)將所有溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至站控主機(jī),實(shí)現(xiàn)站級(jí)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

(2)通過現(xiàn)有變電站光纖通信網(wǎng)絡(luò),將所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至主站PI系統(tǒng),利用PI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)和分析,形成溫度實(shí)時(shí)曲線并具有超溫告警功能,顯示實(shí)時(shí)報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、趨勢(shì)圖、日?qǐng)?bào)表、波形圖等,畫面直觀清晰。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是由美國(guó)OSI Software公司開發(fā)的基于C/S的商品化軟件應(yīng)用平臺(tái),能以數(shù)據(jù)原形的方式在線存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。目前國(guó)網(wǎng)德清縣供電公司PI數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、電能量采集系統(tǒng)等大量數(shù)據(jù),可根據(jù)需要通過PI客戶端工具取用所需數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)就是利用PI-Process Book獲取所需的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備溫度的監(jiān)測(cè)。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國(guó)際上備受關(guān)注的多學(xué)科交叉的新興前沿研究熱點(diǎn),是由大量部署在監(jiān)控區(qū)域的智能節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng),廣泛運(yùn)用于環(huán)境監(jiān)控、工業(yè)應(yīng)用、交通控制等領(lǐng)域。

本系統(tǒng)采用的無線傳感器方案有以下特點(diǎn):

(1)通信距離:一般的微功耗無線溫度傳感器由于功耗限制而難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信。本系統(tǒng)在基站側(cè)采用了高增益天線,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離通信(大于200 m)。

(2)傳感器的電池使用壽命:系統(tǒng)采用DWT100-WS100無線溫度傳感器,其使用壽命可達(dá)10年以上。

(3)高效率的無線路由算法:高效、可靠的路由算法是所有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的技術(shù)難題。本系統(tǒng)采用一級(jí)路由轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、智能間歇搜索技術(shù)、動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù),可保證網(wǎng)絡(luò)同步協(xié)調(diào)工作。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)由站端數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、主站監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)組成,如圖1所示。

圖1 變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 終端數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)

終端數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)由管理中心(控制主機(jī))、數(shù)據(jù)傳輸基站和無線溫度傳感器組成。無線溫度傳感器定時(shí)測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行溫度,環(huán)境溫度傳感器自動(dòng)測(cè)量環(huán)境溫度,這些溫度數(shù)據(jù)通過2.4GHz無線信道傳輸?shù)交具M(jìn)行保存和記錄。

主機(jī)定時(shí)通過RS-485總線(或CAN)輪詢各基站,各基站將收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理并保存。

主機(jī)通過比較設(shè)備與環(huán)境的相對(duì)溫升、室內(nèi)與室外大氣的相對(duì)溫升,分析可能的過熱情況,發(fā)出預(yù)警信號(hào),提醒管理人員進(jìn)行處理。主機(jī)與集控站可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信,或采用自定義溫度模型按IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。

3.2 主站軟件應(yīng)用界面

利用PI數(shù)據(jù)庫(kù)PI-Process Book軟件進(jìn)行系統(tǒng)界面二次開發(fā),用戶通過軟件應(yīng)用管理界面,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)溫點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),如測(cè)溫點(diǎn)越限、彈出告警畫面,歷史數(shù)據(jù)查詢和管理等。

(1)主界面由安裝有溫/濕度傳感器的110kV開關(guān)室、10kV開關(guān)室、蓄電池室、電容器室及電纜層等構(gòu)成。主界面功能包括:實(shí)時(shí)顯示當(dāng)時(shí)的溫/濕度數(shù)據(jù),溫/濕度越線時(shí),對(duì)應(yīng)模擬溫/濕度傳感器元素圖樣變色,并自動(dòng)在界面上彈出越線報(bào)警框,顯示報(bào)警越線內(nèi)容??赏ㄟ^點(diǎn)擊報(bào)警預(yù)覽按鈕調(diào)出歷史報(bào)警記錄,以便查詢、分析和判斷。主界面如圖2所示。

圖2 變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)主界面

(2)子界面功能:簡(jiǎn)單顯示對(duì)應(yīng)室內(nèi)傳感器的大致位置,并通過顏色變化來判斷越線狀態(tài);表格整體實(shí)時(shí)直觀顯示室內(nèi)溫/濕度數(shù)據(jù);點(diǎn)擊標(biāo)簽按鈕,在下方趨勢(shì)圖中顯示對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)在當(dāng)時(shí)時(shí)間及當(dāng)時(shí)時(shí)間前8 h時(shí)間段內(nèi)的趨勢(shì)變化;通過在趨勢(shì)圖上的操作,可以選取當(dāng)時(shí)時(shí)間及之前的任意一段時(shí)間,查看所選測(cè)點(diǎn)的變化情況,以便更好地分析判斷。子界面如圖3所示。

圖3 變電站無線測(cè)溫系統(tǒng)子界面

4 功能特點(diǎn)

(1)采用無線溫度測(cè)量。無線溫度傳感器與終端傳輸基站之間采用2.4GHz無線信道,不需要在變電站復(fù)雜的電磁環(huán)境下增加額外的二次線纜,體積小,使用壽命長(zhǎng),傳輸距離遠(yuǎn),采集溫度點(diǎn)多,安裝維護(hù)方便,性價(jià)比高。

(2)實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線測(cè)溫。無線溫度傳感器每隔1~3 s自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù),當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)立即向外發(fā)送。既能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的歷史溫度變化曲線記錄,又能提高無線溫度傳感器的使用壽命。

(3)多種溫度報(bào)警功能。實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警、超溫報(bào)警、溫升報(bào)警和組內(nèi)溫差報(bào)警(相間溫差)等溫度報(bào)警功能應(yīng)用。

(4)實(shí)現(xiàn)設(shè)備趨勢(shì)分析。能對(duì)指定溫度傳感器的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查看,還提供多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的比對(duì)模式,對(duì)溫度變化異常點(diǎn)進(jìn)行預(yù)警,為狀態(tài)檢修積累歷史數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

目前,變電站運(yùn)行設(shè)備的溫度測(cè)量大多采用測(cè)溫蠟片和紅外線非接觸測(cè)溫,但蠟片只能定性測(cè)溫,而且必須通過人工定期巡查,才能根據(jù)不同熔化溫度蠟片的熔化情況確定是否過熱,是否發(fā)生故障。而紅外線非接觸測(cè)溫的精度較高,但多數(shù)場(chǎng)合必須以目視方式檢測(cè),使用場(chǎng)合受到很大限制,設(shè)備成本高,實(shí)時(shí)性差。

數(shù)字無線溫度在線監(jiān)測(cè)裝置可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),大大減輕了設(shè)備巡視的頻度,可以提前預(yù)警設(shè)備故障,從而避免故障的發(fā)生和擴(kuò)散。設(shè)備發(fā)生故障后可以迅速定位故障點(diǎn),為設(shè)備搶修贏得寶貴時(shí)間,從而大大節(jié)省設(shè)備的維修費(fèi)用和故障的直接、間接損失,有效提升社會(huì)滿意度。

[1]周怡,王堅(jiān)敏,羅斐,等.PI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在供電企業(yè)中的應(yīng)用架構(gòu)[J].浙江電力,2005(1)∶40-43.

[2]肖同松.無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜述[J].中國(guó)科技信息,2008,(23)∶105.

[3]張改性,李海洲,張國(guó)方.電力設(shè)備無線測(cè)溫系統(tǒng)[J].農(nóng)村電氣化,2010,279(8)∶35-36.

[4]史興華.供電企業(yè)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)PI典型應(yīng)用案例[M].北京∶中國(guó)電力出版社,2009.

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