才茂基于無線4G網絡傳輸實現高壓開關柜溫度監測的系統應用方案

1、引言

電力系統安全運行關系到國民經濟的穩定發展。近年來，電廠自動化、信息化飛速發展，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測技術也因此應運而生，并且發揮著越來越重要的作用。高壓開關柜是發電廠、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，這些發熱部位的溫度在運行狀態下幾乎無法監測，最終可能會因過熱造成火災和大面積停電事故的發生。因此，設計一套高壓開關柜無線測溫系統是勢在必行。

為解決光纖式電力開關柜溫度實時監測系統在信息傳輸時存在的有效傳輸距離短、容易出現灰塵漏電等問題，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據遠程傳輸的非接觸檢測方式。此方式可有效地提高光纖式電力開關柜溫度實時監測系統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發電、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，電力系統已發生多起因設備過熱而發生火災和大面積停電事故。據統計分析，我國每年發生的電力事故，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測及預警是非常必要的。
     目前電廠高壓開關柜觸頭溫度監測有多種方式。近年來出現了采用無線電傳輸方式進行溫度采集的監測系統，滿足了非接觸檢測的要求，檢測系統中的通信控制器不僅能發送接收數據，而且具有了數據存儲、液晶顯示、報警等功能。

4、無線測溫系統與其它測溫方式的對比優勢

（1）普通測溫

常規的熱電偶、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。

  無線測溫系統沒有復雜的引線，完全絕緣，造價低廉。

5、無線測溫系統組成

   測溫系統由無線測溫終端、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送數據。無線測溫集中器負責對數據的接收、處理，并通過RS485總線將數據傳輸給監控計算機。監控計算機軟件采用C#編程，實現監測數據的顯示和數據庫的訪問，以便集中管理和最優控制。同時將監控計算機所采集到的溫度數據利用才茂無線2G/3G/4G DTU遠程傳輸到上層溫度監測管理中心，并在溫度監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，能夠實現對分散地域的多個高壓開關柜內溫度進行集中有效監測，能大大提高高壓開關柜的安全運行。

圖二（系統拓撲圖）

6、無線測溫系統的功能優勢

1）通信的先進性——采用先進的數字化及無線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——通信系統要長期經受惡劣環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——不僅能實現信息量的上傳，還要實現控制量的下達；

4）多業務的數據傳輸速率——隨著以后終端業務量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現多業務的數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互聯，費用低廉，安裝靈活。

7、才茂ZigBee的介紹

廈門才茂工業級Zigbee按照惡劣環境要求設計，具有極強的抗干擾能力、低功耗、組網靈活，性能可靠穩定等優點和特性。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種數據傳輸協議，根據用戶自己的實際需要進行選定。Zigbee包括三種類型：協調器(Coordinator)、 路由器(Router)、終端節點（End Device），這三類設備具備不同的網絡功能，協調器時網絡的中心節點，負責網絡的發起組織、網絡維護和管理功能；路由器負責數據的路由中繼轉發；終端節點只進行本節點數據的發送和接收。在一個Zigbee應用網絡中，需要一個協調器和多個路由器或者終端節點組成。

8、才茂DTU無線數傳終端介紹

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

8.1、才茂DTU功能的優勢

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，滿足不同行業客戶的全方面需求。

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

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

 5）完全工業級設計生產，支持寬電壓5-32V供電。

 6）通信模塊均采用工業級無線模塊，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：采用高速性能工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換；解決了業內“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送數據，同時接收超大數據包，數據不丟失。

 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設備當機的嚴重現象。

 10）完善的協議棧：新系統加載了完善的TCP/IP協議棧，采用了完善的TCP/IP協議棧；使網絡通信性能優異，掉線概率極大降低。

11） EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用；系統EMC/EMI優異，系統穩定可靠；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“創新產品獎”；

2011 年被評為“中國工控行業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技術創新戰略聯盟”會員；

2010 年被國家認定的高新科技企業；

2010 年被國家認定的雙軟企業企業；

公司擁有1 項保持設備穩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；

12 年的行業研發積累和行業應用考驗。

10、結束語

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

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