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Technical Articles
1 電纜中間頭溫度升高故障的后果
近年來,諸多用電設施環境因為電纜著火引起的火災事故頻繁發生。據統汁,全國近十年來發生因電纜著火蔓延成災的重大事故逾百起,累計燒毀電纜32萬多米,恢復重建工作耗資大,費時長,數據損毀,造成不可估量的損失。電纜火災事故還有其特殊的危害,那就是控制回路失效造成事故擴大,甚至損壞主設備,而且修復困難,長時間不能恢復生產。
電纜在企業供電中充當著重要能源輸送角色,電纜中間頭無處不在,由于電纜中間接頭是由人工在現場安裝完成的,受到施工環境和運行環境的影響,可能會因為安裝失誤、外力破壞、電纜進水等原因造成擊穿和爆炸事故。在電纜接頭發生擊穿和爆炸事故時會釋放出大量的能量,對周邊其它電力設施或人員造成危害,會導致生產系統停電癱瘓,且搶修恢復周期長,經濟損失巨大。
2 電纜中間接頭現狀及存在問題
動力廠承擔著公司電纜線路的運行和維護任務,在長時間的運行維護過程中,發現公司新區電纜中間接頭的運行維護存在很大的問題:
投運時間長,新區現有電纜中間頭投運時間為2004年,至今已達17年,絕緣老化,故障率增高。
(2)分布廣,新區分布著22個電纜中間接頭室,每個接頭室之間距離不等,有的近有的遠,巡檢測溫時間長,浪費人力較多。
(3)數量多,22個電纜中間接頭室共有電纜中間接頭383個,平均每個電纜中間接頭室有17個電纜中間頭,有36個電纜中間頭,互相交叉,電纜測溫難度大,不能準確及時檢測電纜頭溫度,為安全運行埋下隱患。
(4)人員少,電力設施一直在增加,但巡檢人員一直未增加,逐年減少,設備線路多,人員少存在矛盾,對電纜中間接頭室的巡檢頻次減少,不能及時發現電纜運行中的溫度變化。
3 電纜中間接頭無線測溫技術應用
針對存在的問題,提出了解決辦法,安裝一套電纜中間頭無線測溫系統,既可以解決人員少不能保證檢測頻率問題,又能實時監測每個電纜中間頭工作溫度,并將檢測結果上傳至長鋼站后臺系統,當某個電纜中間頭溫度達到70度時,報警提醒變電站值班人員,并及時通知巡檢工到現場檢查處理,必要時停電更換中間頭,避免了因中間頭溫度過高,電纜擊穿,導致電纜著火停電等重大事故發生。
(1)電纜中間頭無線測溫系統的組成。電纜中間頭無線測溫系統是由溫度傳感器、溫度監測器、通訊網絡、在線監測軟件平臺四部分組成。
溫度傳感器。數字式溫度傳感器,它體積小,電壓適用范圍寬(3~5V),只有一個數據輸入/輸出口,屬于單總線專用芯片之一。被測溫度值直接以“單總線"的數字方式傳輸,大大提高了系統的抗干擾能力。一條測溫電纜能帶64個溫度傳感器,距離為1000米。測溫總線電纜采用防水阻燃兩芯屏蔽雙絞線,規格型號:RVVSP2?0.75mm2。
溫度傳感器技術參數:
溫度測量范圍:-40℃~+85℃;
測溫精度:±0.5℃;
封裝:不銹鋼金屬殼封裝,防水,抗電磁干擾;
數據傳輸接口:單總線數字信號傳輸;
外形尺寸:51mm?26mm?12mm。
溫度監測器。溫度監測器具有較高的可靠性和安全性,溫度監測器的LED數碼顯示屏循環顯示出每個探測點的溫度值,通過RS485方式上傳到監控計算機,方便運行人員能夠對電纜溫度進行準確地巡檢,對電纜運行狀態能夠及時地掌握。一臺溫度監測器可帶兩條測溫電纜,每條測溫電纜可帶64個溫度傳感器,即一臺監測器可帶128個溫度傳感器。
溫度監測器的性能指標:
工作電壓:交流220VAC;
工作溫度:-40℃~+85℃;
顯示分辨率:0.1℃;
通訊方式:RS-485串口;
報警輸出:1個(無源接點)250VAC、0.6A或24VDC、5A。
通訊網絡。采用RS485通訊方式組網,可以直接上傳到后臺計算機。
根據現場情況,采用無線RS485通訊方式組網;
無線485模塊特點:可以直接代替有線的RS485網,實現無線485組網;
無線傳輸距離可選擇:1公里,2公里,5公里,不同功率模塊可組網;
ISM開放頻段433MHz,無需申請頻點;具備穿透能力;
通信接口:RS232/RS485,1200/9600/19200/38400bps;
支持多種協議:透明傳輸協議、Modbus協議;
工業設計:可確保無線485模塊工作于各種惡劣環境工業場合長期運行。無線485模塊沒有后續費用,后期維護方便,當某一個模塊故障(比如斷電或損壞),不會影響其他無線模塊通信。
在線監測軟件平臺。
無線監測軟件由實時數據采集和顯示、歷史數據和報警數據管理、報警聯動等部分組成,它能對分布在不同地點電站實現遠程監測、集中管理,對電纜接頭室內電纜中間頭溫度、各種開關量傳感器等進行實時數據采集和處理,及時發現問題和隱患,并具有如下優點:
可以根據現場環境位置不同配置各個傳感器位置報警提醒迅速直觀。
可以對不同地點的機房集中進行管理,對機房電纜層內電纜溫度,環境狀態、報警信息等進行遠程監視,具有良好的擴充性。
系統可以提供聲光、手機短信等多種報警方式,保證警情及時發出。
網絡斷線自動報警、設備工作異常引起數據中斷報警。提供精確定位式報警。報警信息查詢為用戶提供警情的準確位置和狀態。
系統具歷史數據查詢,報警數據查詢等各種數據查詢功能。
4 現場實施
現場對22個電纜中間接頭室383個電纜中間接頭溫度實時監測,并在變電站建立后臺監控中心,每個電纜中間接頭安裝1個溫度傳感器,實現電纜中間接頭溫度無線實時監測,在每個電纜接頭室安裝一套電纜溫度監測器,采集各個電纜中間接頭溫度傳感器數據,并將溫度數據通過無線發射到監控主機,實現集中監控,超溫報警,溫度歷史曲線查詢等功能。超溫報警時,監控主機發出聲音報警,并彈窗提示窗口。
5 安科瑞溫度在線監測系統解決方案
5.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
5.2應用場所
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。
5.3系統結構
溫度在線監測系統結構圖
5.4系統功能
測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。
實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。
歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
5.5系統硬件配置
溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
名稱 | 外形 | 型號 | 參數說明 |
系統組態軟件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：內存4G，硬盤500G，以太網口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統：Windows764位簡體中文旗艦版。 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規約 |
智能通信管理機 |
| Anet-2E4SM | 通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。 |
無線測溫集中采集設備 |
| Acrel-2000T/A | 壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm） |
| Acrel-2000T/B | 硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm) | |
顯示終端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。 |
| ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
智能溫度巡檢儀 |
| ARTM-8 | 開孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫； |
| ARTM-24 | 35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫； | |
無線收發器 |
| ATC450-C | 可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。 |
| ATC600 | ATC600有兩種規格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。ATC600-Z做中繼透傳。 | |
電池型無線測溫傳感器 |
| ATE100M | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。 |
| ATE200 | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。 | |
| ATE200P | 電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。 | |
CT取電型無線測溫傳感器 |
| ATE400 | CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。 |
有線溫度傳感器 |
| PT100 | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100 |
| NTC | 用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； |
6結語
增加電纜電纜中間頭無線測溫系統后,達到了預期的效果:能夠在24小時實時監控383個電纜中間接頭的溫度,溫度信息及時、準確,并能及時發現電纜中間頭異常溫度,及時搶修處理,避免事故擴大化,保證了383個電纜中間接頭安全穩定運行。
參考文獻:
曲鴻章.電纜頭溫度在線監測系統的可用性[J].北京:煤炭技術,2003,22(1)
閻士琦,閻石.10KV及以下電力電纜線路[M].北京:中國電力出版社,2003
陳哲理.電纜中間接頭無線測溫技術應用
安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022年05版
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