电力设备温升预警系统技术方案
一、方案背景
在电能的传输过程中，有许许多多的连接点，也就是我们俗称的接头，接头发热一直是影响电力系统**供电的一个重要难题。多年的运行经验表明90%以上的电力设备故障都是由于接头故障引发的。分析表明，金属腐蚀、被覆层失效、接头压力失当、金属磨损、接触电阻、过负荷等因素引起的接头温度过高，是造成接头处接触**，发热的主要原因。因此，如果能够在线有效自动监测各连接点的温度，一旦出现温度异常情况，立刻上传报警，通知维护人员及时排除隐患，把故障消除在萌芽状态，就能达到防患于未然的目的。
发电厂、变电站的高压开关柜中众多高压电气设备连接点是电力输送*薄弱环节，这些环节的实质问题就是连接点发热。随着负荷的增大，连接点发热已形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化，如此循环使接触电阻增大*终导致触点接触**而发热。这些发热部件的温度无法实时监测，*终酿成了火灾事故。
近年来，在电厂和变电站时常���生因开关柜发热造成火灾和大面积的停电事故。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，但由于开关柜特有结构，无法进行人工巡查和测温。如何解决开关柜等电气设备发热的实时监测是杜绝此类事故发生的关键。为此我们提出了建立电力设备温升预警系统机制的观念，利用小巧的测温终端和无线射频技术对易发热部位进行实时监测，保证电力设备的**稳定运行。
二、电力设备温升预警系统介绍
2.1系统简介
深圳拓普瑞电子有限公司率先将无线射频模块和温度传感器相结合，开发了一套基于无线通讯的电力设备温升预警系统。它由无线温度传感器，测温终端，数据终端和监测管理中心等部分组成。集计算机数据管理技术、无线通信技术、温度传感技术等于一体，克服了高电压、强电场的干扰，可以全天候监测高压电力设备温度，具有温度越限报警，温度变化趋势分析显示，实时查询测温点温度、历史报警分析等功能。真正做到了温度远距离遥测，为电力设备状态检修提供可靠依据，对保证电力设备**运行有重大的意义。
图1 测温系统结构图
2.2系统适用范围
1、电力电缆接头测温
图2 电缆测温图
可监测电缆接头的温度，地下电缆温度、电厂电缆沟热点监测，电缆分支箱内接头开关等设备的温度监测。
2、高压开关柜系统测温
图3 开关柜测温图
可监测高压开关柜内开关触点、母排接头、电缆接头等设备的温度。
3、变电站测温
图4 变电站刀闸测温图
变电站内变压器及其连接件设备的温度
变压器套管线夹温度监测
变电站母排接头温度监测
变电站高压互感器等连接点测温
4、箱式变电站测温
图5 箱式变测温图
箱式变电站母排接头，电缆接头等。
2.3硬件组成
该系统由无线测温终端、测温数据终端、监测管理中心等组成。
1、无线温度终端：
图6 测温终端
无线温度终端由温度测量单元、控制单元、无线传输模块构成。采用低功耗CPU技术，每个传感器终端有一个固定编号。相互间不会产生干扰，不受高压电场干扰，可以准确将信息发送给数据终端。外壳是绝缘塑料，并由绝缘材料密封。体积小、重量轻。
2、无线测温数据终端：
图7 测温数据终端
无线测温数据终端自动接收测温终端所发送的温度数据。数据终端可以显示报警点和温度数据。并可以通过GSM/GPRS上传到监测管理中心。
测温终端可以安装在开关柜、箱变、分支箱里，或放置在变电站里。
3、监测管理中心：
图8 测温系统主站
监测管理中心由通信交换机、工控机、管理软件组成。
Ø 无线测温终端可以把温度数据通过GSM/GPRS发送到交换机上，交换机通过串口线将数据发给工控机，实现在后台设备上显示、报警。
Ø 每个管理中心可以监测6万个测温终端。
Ø 管理软件可以显示上传监测点温度，用曲线显示监测点温度变化过程，查询记录。
2.4报警方式实现
1、温差变化率过大报警：即前10s和后10s检测的温度值如果大于5℃（这个值可按具体情况设置），立刻报警。
2、 温度越限报警：在测温终端中设定一个值，一旦设备超过设定温度，立刻报警。
2.5系统软件
1、软件主界面（详见下图）。
图9 电力设备温升预警系统软件主界面
2、软件功能
Ø 设置是否发送报警信息，是否带参数
Ø 设置图形报警、声音报警
Ø 定时短信配置
Ø 图形分析：
u 生成曲线图
u 生成分布图
u 生成比例图
u 生成参数表格
Ø 报警查询
u 查询以往所有线路的报警日志，可使用多种查询条件，如按日期查询、按线路查询、按相序查询、按报警值查询、按故障类型查询等，并可实现多种查询条件组合查询
u 报警日志可以导出以Excel表格形式保存
u **报警日志，默认按线路**，可以全部**，也可以按条件**
u 直接打印报警日志
u 系统运行时间较长，报警日志记录数据较多时，系统将对以往的数据进行转储，转储的数据可通过历史查询功能进行查询
3、 软件的融合性
电力设备温升预警系统软件可以与我公司的智能化配网监测管理系统进行有效的融合，可与线路故障监测系统、变压器防盗系统、线路状态在线监测系统等进行融合，实现一套完整的电网监测解决方案。
三、产品优势
1、从数据处理的角度比较
电力设备温升预警系统具有专家系统的功能，软件可以对每个被检测设备（例如母排，变压器等）建立档案，通过收集大量的历史数据，建立设备正常运行的温度范围，一旦温度超出正常范围即发出预警报告。
专家系统不仅可以纵向比较历史数据，还可以横向比较不同监测点的数据，根据对比及时对异常的设备发出预警。专家系统的应用，真正实现了温度监测的预警功能，而不是简单的温度测量。
红外测温仪只是简单的测温，对于温度值必须要有经验的人员作分析工作，才能发现设备是否存在问题。
2、从功能方面比较
电力设备温升预警系统可以定时上传温度值，还能及时对温升过大和温度越界进行报警。用户通过温度预警系统可以调取每个被监测设备的实时温度值。
红外测温仪，只是测量温度的工具，需手动测量，人工记录。
3、从适用范围比较
电力设备温升预警系统可以监测任何隐蔽角落、人力监测不到的温度点，做到全方位的监测。例如可以检测某些有高压、人无法接近的节点；还有某些存在有害气体的设备的测温等。
红外测温仪需要人为测量，许多狭窄、密闭的空间，人员无法进入，不能做到温度点的**监测，留下了测温死角。
4、从自动化程度比较
电力设备温升预警系统可以24小时不间断地监测被测点温度，实现了温度监测的自动化，节省了人力查询，可以根据设备温度变化及时发现设备存在的故障隐患。
使用红外测温仪需要人工巡视检测大量设备，劳动强度大、受测量距离影响比较大。如果测温时间不定期，则不能及时发现设备故障隐患，不能做到科学有效的预警和管理，效率较低。
5、从系统角度比较
电力设备温升预警系统是一套自动化的温度管理系统，按照电力行业的软件习惯分层设计，可以与配电管理系统等软件融合，大大提升现代化管理程度。
红外测温仪只是一个简单的测温工具，没有配套的管理软件。在指导红外作业及整理数据时不规范，容易流于形式，起不到应有的效果。
6、从传输方式上比较
电力设备温升预警系统是通过无线射频技术把检测到的数据发送给接收终端，无需重新安装光纤，增加连接线，不会对其他设备产生干扰，安装方便，绝缘**，造价低。
光纤测温采用光纤传递信号，安装不方便，增加了连接线，造价高，光纤还有易折、不耐高温等特点。
四、系统特点
电厂和变电站频繁发生接头过热事故，造成火灾和大面积的停电事故，解决接点温度在线实时监测是杜绝此类事故发生的关键。通过监测各接点温度的变化情况，可有效防止设备因发热引起的火灾发生，这种方法可以有效的解决开关柜等特定的高压密闭结构温度检测的问题，从而实现对整个系统中电力设备温度的实时在线监测，保证高压开关柜**运行。
电力设备温升预警系统集计算机数据管理技术、无线通信技术、温度传感技术等于一体，解决了高电压、强电场干扰，可以全天候监测电力高压设备温度，在温度越限可以报警，具有温度变化分析显示功能。真正做到了温度远距离遥测，把故障消除在萌芽状态，使供电系统达到**供电的目的。
其主要特点如下：
1、实时性：可以在线监测温度变化，不用到现场测量
2、功耗低：终端采用低功耗设计，可以稳定使用8年
3、**性：温度测量精度可以达到0.5℃
4、**性：没有导线连接、绝缘安装，不用现场维护，安装方便
5、高效益：可以节约购买昂贵的测温仪器费用，可以节约人力，减少设备维护费用，提高工作效率，实现电力运行遥测自动化。
五、组网方案
5.1终端与主站通讯方式选择
GPRS通信方式
图10 GPRS通信简图
测温数据终端可以通过GPRS移动网络接入Internet，并和系统主站服务器之间建立点到点的数据连接，如上图所示。
GPRS通信方式只要将SIM卡开通GPRS业务即可，它可在GPRS通道无法建立时使用SMS将数据进行远传，可靠性较高。但此通信方式必须在有GPRS基站覆盖范围内才可使用，且必须在局端为系统主站申请固定IP以便建立路由。
光纤通信方式
图11光纤通信简图
测温数据终端可以通过RS232/RS485串口或者协议转换后接入光端机，通过光纤与远端的系统主站服务器之间建立数据连接，如上图所示：
光纤通信不依赖移动网，数据传输可靠性高、实时性好、**性好，但由于RS232/RS485串口通信距离的限制，只适合测温数据终端与光端机距离较近的系统。
如果光端机不提供RS232/RS485接口，需要额外安装转换适配器进行协议转换和速率适配，增加了系统复杂度，降低了稳定性。
六、安装实施方案
6.1系统配置选型
根据该项目的实际情况及需求，在本方案中进行如下配置选型：
表6-1系统配置表
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序号
|
型号
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名称
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说明
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配置
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单位
|
数量
|
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1
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TP系列
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测温终端
|
铜排型
|
标配
|
个
|
|
|
电缆线
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2
|
TP系列
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测温数据终端
|
GPRS
|
标配
|
个
|
|
|
RS-485
|
|
|
RS-232
|
|
|
3
|
TP系列
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附件（485电缆、电源线等）
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|
标配
|
套
|
视用户现场情况而定
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4
|
TP系列
|
湿度传感器
|
|
可选
|
个
|
|
|
5
|
TP系列
|
凝露传感器
|
|
可选
|
个
|
|
|
6
|
TP系列
|
防雨机箱
|
|
可选
|
个
|
|
|
7
|
TP系列
|
PT取电装置
|
含蓄电池
|
可选
|
台
|
|
|
6
|
TP系列
|
通信交换机
|
|
标配
|
台
|
|
|
7
|
工控机
|
应用服务器
|
|
标配
|
台
|
|
|
8
|
TP系列
|
UPS电源
|
台
|
标配
|
台
|
|
|
9
|
TP系列
|
系统软件
|
套
|
标配
|
台
|
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表6‑2系统参数设定表
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序号
|
参数名称
|
单位
|
参数值
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说明
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|
1
|
定时上传周期
|
分钟
|
120（默认）
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|
|
2
|
定时采集周期
|
分钟
|
10（默认）
|
|
|
3
|
温度越限报警门限
|
℃
|
70（默认）
|
|
|
4
|
温度突变越限门限
|
℃/秒
|
5℃/10秒(默认)
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表6-3终端取电方式选择表
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序号
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设备名称
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供电方式
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备注
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1
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测温数据终端
|
PT取电+蓄电池/市电供电
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说明：
测温终端按只进行统计；
一台测温数据终端一般支持接收和上传50个测温终端数据；
测温终端至测温数据终端的直线可视距离一般不超过100米；
6.2系统安装方案
本项目所涉及的现场概况：
系统的终端装置的布点方案为：
终端装置安装分布如下图所示：
测温终端详细安装位置如下表所示：
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序号
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设备名称
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安装位置
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所属数据终端号
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作用
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备注
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说明：
测温终端需在备注中说明安装的方式；
所属数据终端号用来区分不同的数据终端。