廈門才茂基于無線2G/3G/4G網絡傳輸實現(xiàn)高壓開關柜溫度監(jiān)測的系統(tǒng)應用方案

1、引言

電力系統(tǒng)安全運行關系到國民經濟的穩(wěn)定發(fā)展。近年來，電廠自動化、信息化飛速發(fā)展，加快了對高壓開關柜內的溫度檢測技術的研究。一系列的開關柜的溫度無線監(jiān)測技術也因此應運而生，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。高壓開關柜是發(fā)電廠、變電站、動力車間最重要的電氣設備，每個開關柜都有多個進出線接頭盒開關觸頭。在運行過程中，開關的觸點、母線連接頭等部位因長期負荷較大、老化等原因會導致接觸電阻過大而發(fā)熱。由于開關柜密閉運行、內部空間狹小和絕緣保護等原因，這些發(fā)熱部位的溫度在運行狀態(tài)下幾乎無法監(jiān)測，最終可能會因過熱造成火災和大面積停電事故的發(fā)生。因此，設計一套高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)是勢在必行。

為解決光纖式電力開關柜溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)在信息傳輸時存在的有效傳輸距離短、容易出現(xiàn)灰塵漏電等問題，根據設備的設計特點，提出了一種采用無線2G/3G/4G網絡通信傳輸方式進行數(shù)據遠程傳輸?shù)姆墙佑|檢測方式。此方式可有效地提高光纖式電力開關柜溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)信號的有效傳輸距離，避免了采用有線方式進行信息傳送的復雜性與危險性，具有很好的應用前景。

關鍵字：高壓開關柜，溫度測量，無線2G/3G/4G網絡傳輸

   2、高壓開關柜

    高壓開關柜是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉換和消耗中起通斷、控制或保護等作用，高壓開關柜按作電壓等級在3.6kV~550kV的電器產品，高壓隔離開關與接地開關、高壓負荷開關、高壓自動重合與分段器，高壓操作機構、高壓防爆配電裝置和高壓開關柜等幾大類。

3、應用前景

近年來，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設備過熱而發(fā)生火災和大面積停電事故。據統(tǒng)計分析，我國每年發(fā)生的電力事故，有40％是由高壓電氣設備過熱所致；而在采用高壓開關柜和電力電纜的供電系統(tǒng)中，有70％以上的電纜運行故障是因為連接部位接觸電阻變大、過負荷等引起接頭溫度過高所致。因此，對高壓開關柜連接點的溫度變化進行實時監(jiān)測及預警是非常必要的。
     目前電廠高壓開關柜觸頭溫度監(jiān)測有多種方式。近年來出現(xiàn)了采用無線電傳輸方式進行溫度采集的監(jiān)測系統(tǒng)，滿足了非接觸檢測的要求，檢測系統(tǒng)中的通信控制器不僅能發(fā)送接收數(shù)據，而且具有了數(shù)據存儲、液晶顯示、報警等功能。

4、無線測溫系統(tǒng)與其它測溫方式的對比優(yōu)勢

（1）普通測溫

常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫方式，需要金屬導線傳輸信號，絕緣性能不能保證。

無線測溫具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關柜內的高壓觸點上，準確測量高壓觸點的運行溫度。

（2）紅外測溫

紅外成像儀無法透過柜門測量內部設備，開關柜運行時必須關閉柜門，導致紅外方式無法測量。

無線測溫系統(tǒng)溫度傳感器直接安裝到帶點物體的表面，可在封閉的柜體內直接測量設備溫度后，以無線網絡方式傳出。

（3）光纖測溫

   光纖式溫度測溫儀采用光纖傳遞信號，其溫度傳感器安裝在帶電物體的表面，測溫儀與溫度傳感器間用光纖連接。光纖具有易折、易斷、不耐高溫。積累灰塵后易使絕緣性能降低，且在柜內布線難度較大，造價高。

  無線測溫系統(tǒng)沒有復雜的引線，完全絕緣，造價低廉。

5、無線測溫系統(tǒng)組成

   測溫系統(tǒng)由無線測溫終端、無線測溫集中器、才茂無線2G/3G/4G DTU傳輸模塊和上層溫度監(jiān)測管理中心構成。無線測溫終端負責對高壓開關柜內的溫度進行采集，并通過無線ZigBee傳輸模塊進行實時發(fā)送數(shù)據。無線測溫集中器負責對數(shù)據的接收、處理，并通過RS485總線將數(shù)據傳輸給監(jiān)控計算機。監(jiān)控計算機軟件采用C#編程，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據的顯示和數(shù)據庫的訪問，以便集中管理和最優(yōu)控制。同時將監(jiān)控計算機所采集到的溫度數(shù)據利用才茂無線2G/3G/4G DTU遠程傳輸?shù)缴蠈訙囟缺O(jiān)測管理中心，并在溫度監(jiān)測管理中心計算機中進行顯示、存儲、分析與報警。

圖一（工作原理圖）

   此方案的高壓開關無線測溫系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對分散地域的多個高壓開關柜內溫度進行集中有效監(jiān)測，能大大提高高壓開關柜的安全運行。

圖二（系統(tǒng)拓撲圖）

6、無線測溫系統(tǒng)的功能優(yōu)勢

1）通信的先進性——采用先進的數(shù)字化及無線2G/3G/4G網絡傳輸技術，獨特的絕緣性能，使用方便經濟；

2）通信的可靠性——通信系統(tǒng)要長期經受惡劣環(huán)境例如較強的電磁干擾和高溫的考驗，并保持通信的暢通；

3）雙向通信——不僅能實現(xiàn)信息量的上傳，還要實現(xiàn)控制量的下達；

4）多業(yè)務的數(shù)據傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現(xiàn)多業(yè)務的數(shù)據傳輸速率要求越來越高；

5）通信的靈活性和可擴展性——標準化設計，可方便擴展與其它系統(tǒng)互聯(lián)，費用低廉，安裝靈活。

7、才茂ZigBee的介紹

廈門才茂工業(yè)級Zigbee按照惡劣環(huán)境要求設計，具有極強的抗干擾能力、低功耗、組網靈活，性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點和特性。Zigbee是一個將RS232串口設備的串口通信立即轉換為Zigbee無線網絡通信的雙向轉換傳輸設備。才茂Zigbee設備支持3種數(shù)據傳輸協(xié)議，根據用戶自己的實際需要進行選定。Zigbee包括三種類型：協(xié)調器(Coordinator)、 路由器(Router)、終端節(jié)點（End Device），這三類設備具備不同的網絡功能，協(xié)調器時網絡的中心節(jié)點，負責網絡的發(fā)起組織、網絡維護和管理功能；路由器負責數(shù)據的路由中繼轉發(fā)；終端節(jié)點只進行本節(jié)點數(shù)據的發(fā)送和接收。在一個Zigbee應用網絡中，需要一個協(xié)調器和多個路由器或者終端節(jié)點組成。

8、才茂DTU無線數(shù)傳終端介紹

DTU(Data Transfer Unit),全稱數(shù)據傳輸單元,為用戶提供高速、永遠在線、TCP/UDP 透明數(shù)據傳輸?shù)墓�業(yè)級無線終端設備。產品采用高速高性能工業(yè)級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構高性能嵌入式處理器，以實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，超大內存，內嵌自主知識產權的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據終端永遠在線，多種協(xié)議轉換、虛擬專用網絡的系統(tǒng)應用。針對網絡流量控制的用戶，DTU 產品支持語音，短信，數(shù)據觸發(fā)上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數(shù)據中心備份，以及多數(shù)據中心同步接收數(shù)據等功能。

8.1、才茂DTU功能的優(yōu)勢

1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應用現(xiàn)場不同接口需求。

 2）完善的網絡支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網絡，滿足不同行業(yè)客戶的全方面需求。

 3）三層系統(tǒng)保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎上，增加一級系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠

 4)金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設計；符合電力安規(guī)要求；防護等級為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領域。

 5）完全工業(yè)級設計生產，支持寬電壓5-32V供電。

 6）通信模塊均采用工業(yè)級無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證

 7）高速處理CPU：采用高速性能工業(yè)級CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據轉換；解決了業(yè)內“假在線”、“假死機”、“當機”等疑難問題。

 8)超大內存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內存不同），有超大的內存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據，同時接收超大數(shù)據包，數(shù)據不丟失。

 9)DNS自動獲取：自動獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規(guī)避了因為選擇的DNS服務器異常而導致DTU設備當機的嚴重現(xiàn)象。

 10）完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網絡通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。

11） EMC性能優(yōu)異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業(yè)領域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；通過EMC測試；

12） 支持短信遠程配置，遠程控制；支持短消息告警；

13） 智能防掉線。支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線；

14） 支持批量配置功能；

8.2、DTU系列產品資質與檢測

1、無線通信在線維持專利技術

2、摩爾實驗室高低溫檢測報告

3、福建省產品質量檢驗研究院檢測

4、著作版權證書

5、EMC檢測報告

6、國家強制3C認證

7、DTU創(chuàng)新產品獎

8、深圳比亞迪用戶測試報告

9、才茂資質

公司榮譽：

2009 年公司GPRS DTU 產品被評為“創(chuàng)新產品獎”；

2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意最好供應商”；

2012 年公司成為“中國質量萬里行”會員；

2013 年公司成為“智能輸配電設備產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會員；

2010 年被國家認定的高新科技企業(yè)；

2010 年被國家認定的雙軟企業(yè)企業(yè)；

公司擁有1 項保持設備穩(wěn)定的專利技術證書和12 個軟件著作版權證書；

全國設立了9 大區(qū)域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務；

公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持高新科技企業(yè)；

12 年的行業(yè)研發(fā)積累和行業(yè)應用考驗。

10、結束語

現(xiàn)代工業(yè)中，工作溫度的升降反映了設備運行狀態(tài)和許多物理特征的變化，工業(yè)設備異常或故障常表現(xiàn)出溫度的異常變化。因此工業(yè)設備運行溫度監(jiān)測是設備安全監(jiān)控最為有效、最為經濟的手段，對設備的安全運行具有重大的意義。隨著無線測溫系統(tǒng)的發(fā)展和應用，基于2G/3G/4G網絡的無線測溫系統(tǒng)是目前世界上最先進、最有效的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，特別是在電力系統(tǒng)、石油化工、交通運輸、工業(yè)消防等領域得到廣泛的使用。

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