1 电缆中间头温度升高故障的后果
近年来,诸多用电设施环境因为电缆着火引起的火灾事故频繁发生。据不完全统汁,全国近十年来发生因电缆着火蔓延成灾的重大事故逾百起,累计烧毁电缆32万多米,恢复重建工作耗资大,费时长,数据损毁,造成不可估量的损失。电缆火灾事故还有其特殊的危害,那就是控制回路失效造成事故扩大,甚至损坏主设备,而且修复困难,长时间不能恢复生产。
电缆在企业供电中充当着重要能源输送角色,电缆中间头无处不在,由于电缆中间接头是由人工在现场安装完成的,受到施工环境和运行环境的影响,可能会因为安装失误、外力破坏、电缆进水等原因造成击穿和爆炸事故。在电缆接头发生击穿和爆炸事故时会释放出大量的能量,对周边其它电力设施或人员造成危害,会导致生产系统停电瘫痪,且抢修恢复周期长,经济损失巨大。
2 电缆中间接头现状及存在问题
动力厂承担着公司电缆线路的运行和维护任务,在长时间的运行维护过程中,发现公司新区电缆中间接头的运行维护存在很大的问题:
- 投运时间长,新区现有电缆中间头投运时间为2004年,至今已达17年,绝缘老化,故障率增高。
(2)分布广,新区分布着22个电缆中间接头室,每个接头室之间距离不等,有的近有的远,巡检测温时间长,浪费人力较多。
(3)数量多,22个电缆中间接头室共有电缆中间接头383个,平均每个电缆中间接头室有17个电缆中间头,有36个电缆中间头,互相交叉,电缆测温难度大,不能准确及时检测电缆头温度,为安全运行埋下隐患。
(4)人员少,电力设施一直在增加,但巡检人员一直未增加,逐年减少,设备线路多,人员少存在矛盾,对电缆中间接头室的巡检频次减少,不能及时发现电缆运行中的温度变化。
3 电缆中间接头无线测温技术应用
针对存在的问题,提出了解决办法,安装一套电缆中间头无线测温系统,既可以解决人员少不能保证检测频率问题,又能实时监测每个电缆中间头工作温度,并将检测结果上传至长钢站后台系统,当某个电缆中间头温度达到70度时,报警提醒变电站值班人员,并及时通知巡检工到现场检查处理,必要时停电更换中间头,避免了因中间头温度过高,电缆击穿,导致电缆着火停电等重大事故发生。
(1)电缆中间头无线测温系统的组成。电缆中间头无线测温系统是由温度传感器、温度监测器、通讯网络、在线监测软件平台四部分组成。
- 温度传感器。数字式温度传感器,它体积小,电压适用范围宽(3~5V),只有一个数据输入/输出口,属于单总线专用芯片之一。被测温度值直接以“单总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰能力。一条测温电缆能带64个温度传感器,距离为1000米。测温总线电缆采用防水阻燃两芯屏蔽双绞线,规格型号:RVVSP2?0.75mm2。
温度传感器技术参数:
温度测量范围:-40℃~+85℃;
测温精度:±0.5℃;
封装:不锈钢金属壳封装,防水,抗电磁干扰;
数据传输接口:单总线数字信号传输;
外形尺寸:51mm?26mm?12mm。
- 温度监测器。温度监测器具有较高的可靠性和安全性,温度监测器的LED数码显示屏循环显示出每个探测点的温度值,通过RS485方式上传到监控计算机,方便运行人员能够对电缆温度进行准确地巡检,对电缆运行状态能够及时地掌握。一台温度监测器可带两条测温电缆,每条测温电缆可带64个温度传感器,即一台监测器可带128个温度传感器。
温度监测器的性能指标:
工作电压:交流220VAC;
工作温度:-40℃~+85℃;
显示分辨率:0.1℃;
通讯方式:RS-485串口;
报警输出:1个(无源接点)250VAC、0.6A或24VDC、5A。
- 通讯网络。采用RS485通讯方式组网,可以直接上传到后台计算机。
根据现场情况,采用无线RS485通讯方式组网;
无线485模块特点:可以直接代替有线的RS485网,实现无线485组网;
无线传输距离可选择:1公里,2公里,5公里,不同功率模块可组网;
ISM开放频段433MHz,无需申请频点;具备穿透能力;
通信接口:RS232/RS485,1200/9600/19200/38400bps;
支持多种协议:透明传输协议、Modbus协议;
工业设计:可确保无线485模块工作于各种恶劣环境工业场合长期运行。无线485模块没有后续费用,后期维护方便,当某一个模块故障(比如断电或损坏),不会影响其他无线模块通信。
- 在线监测软件平台。
- 无线监测软件由实时数据采集和显示、历史数据和报警数据管理、报警联动等部分组成,它能对分布在不同地点电站实现远程监测、集中管理,对电缆接头室内电缆中间头温度、各种开关量传感器等进行实时数据采集和处理,及时发现问题和隐患,并具有如下优点:
可以根据现场环境位置不同配置各个传感器位置报警提醒迅速直观。
可以对不同地点的机房集中进行管理,对机房电缆层内电缆温度,环境状态、报警信息等进行远程监视,具有良好的扩充性。
系统可以提供声光、手机短信等多种报警方式,保证警情及时发出。
网络断线自动报警、设备工作异常引起数据中断报警。提供精确定位式报警。报警信息查询为用户提供警情的准确位置和状态。
系统具历史数据查询,报警数据查询等各种数据查询功能。
4 现场实施
现场对22个电缆中间接头室383个电缆中间接头温度实时监测,并在变电站建立后台监控中心,每个电缆中间接头安装1个温度传感器,实现电缆中间接头温度无线实时监测,在每个电缆接头室安装一套电缆温度监测器,采集各个电缆中间接头温度传感器数据,并将温度数据通过无线发射到监控主机,实现集中监控,超温报警,温度历史曲线查询等功能。超温报警时,监控主机发出声音报警,并弹窗提示窗口。
5 安科瑞温度在线监测系统解决方案
5.1概述
电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循国际标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。
5.2应用场所
适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。
5.3系统结构
温度在线监测系统结构图
5.4系统功能
测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：
- 温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。
- 温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。
- 运行报表：查询及打印各测温点指定时间的温度数据。
- 实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。
- 历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析等。
5.5系统硬件配置
温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。
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名称 |
外形 |
型号 |
参数说明 |
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系统组态软件 |
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Acrel-2000/T |
硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。 显示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等国际标准通信规约 |
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智能通信管理机 |
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Anet-2E4SM |
通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。 |
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无线测温集中采集设备 |
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Acrel-2000T/A |
壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200（单位mm） |
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Acrel-2000T/B |
硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm) |
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显示终端 |
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ATP007 ATP010 |
DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。 |
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ARTM-Pn |
面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
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ASD320 ASD300 |
面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 |
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智能温度巡检仪 |
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ARTM-8 |
开孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温； |
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ARTM-24 |
35MM导轨安装； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温； |
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无线收发器 |
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ATC450-C |
可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。 |
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ATC600 |
ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。 |
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电池型无线测温传感器 |
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ATE100M |
电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。 |
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ATE200 |
电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。 |
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ATE200P |
电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。 |
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CT取电型无线测温传感器 |
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ATE400 |
CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。 |
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有线温度传感器 |
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PT100 |
用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100 |
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NTC |
用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； |
6结语
增加电缆电缆中间头无线测温系统后,达到了预期的效果:能够在24小时实时监控383个电缆中间接头的温度,温度信息及时、准确,并能及时发现电缆中间头异常温度,及时抢修处理,避免事故扩大化,保证了383个电缆中间接头安全稳定运行。
参考文献:
- 曲鸿章.电缆头温度在线监测系统的可用性[J].北京:煤炭技术,2003,22(1)
- 阎士琦,阎石.10KV及以下电力电缆线路[M].北京:中国电力出版社,2003
- 陈哲理.电缆中间接头无线测温技术应用
- 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022年05版
