基于无线网的电力电缆接头故障监测系统

2022-09-12

截至2008年底, 国家电网公司共拥有110 (66) 千伏及以上输电线路53.39万公里、变电容量16.08亿千伏安。当供电距离较长时, 通常在线路上要出现电缆接头, 多年的运行经验表明90%以上的电缆故障都是接头故障引发的。变电站电力电缆长期运行在高电压、大电流环境下, 其接头容易超温过热, 引起爆炸, 建立电力电缆火灾在线监测系统具有必要性。

1 电力电缆接头的故障检测主要就是温度监测

传统的检测方法是通过R S 2 3 2或者RS485等串行总线将温度信息发给监测中心, 由监测中心做出处理的决定。该方法虽然简单, 但是串行总线传输方法受串行线路等因素影响, 传输距离有限;基于无线传感器网络, 利用成熟的无线传输技术, 在保持系统可靠性的同时, 保证了系统的先进性。无需长距离的复杂布线, 每个无线局域网络模块安装灵活, 改动安装位置无需重新布线;同时由于除电力电缆以外, 无需其他线路的布线, 所以也就更加安全、可靠。另外, 将多个电缆接头连接成网络后, 便于统一管理, 实现管理的网络化、信息化。

2 系统的组成

本系统由无线网检测终端、无线路由器、无线监测服务器及其管理软件组成。

2.1 监测系统构成

如图1所示。

采用新兴无线传感器网络的组网技术的无线测温系统, 实现了对电力系统的高压和超高压母线、高压开关接点的温度进行实时在线检测。经过与电力自动化系统连接, 在中心监控室内就可以监视运行状态, 真正做到了远距离遥测, 当被测点温度超过预先设定的阀值时, 就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。

系统特点:实时性:实时在线监测;准确性:测量精度可达±0.1℃;灵活性:用户可根据自己的需求, 灵活、方便的设置参数;安全性:不论是产品、还是工具及其维护, 都具有系统安全性和可靠性;系统主要技术指标及详细设计:通讯协议标准:基于IEEE802.15.4;频率范围:2.4G-2.4835GHZ (免申请) ;网络拓扑结构:网状、星状;数据加密:128-bit AES;信道接入方式:C S M A-C A和时隙化的C S M A-CA;信道数:16;最远传输距离≤100m (无阻挡) ;电源电压:3V (纽扣电池) ;测量温度:-40℃, ±125℃;测量精度:±0.1℃。

温度探头:选用两种温度传感器, 一种是一体化红外温度传感器, 主要应用于户外主变、220kV刀闸和110kV刀闸的温度检测, 使用小型的红外温度传感器用于10kV室机柜三相电缆接头温度检测;另一种是高精密集成温度传感器, 可以将其安装到机柜门上, 通过检测机柜内部温度, 根据经验数据得到电缆接头的温度。

集成温度传感器采用美国美信的DS18S20数字传感器, 其特点是:提供9位摄氏温度测量, 具有非易失性、上下触发门限用户可编程的报警功能。通过1-Wire总线与中央微处理器通信, 仅需要单根数据线 (和地线) 。DS18S20具有-55°C至+125°C的工作温度范围, 在-10°C至+85°C温度范围内精度为±0.5°C。另外, DS18S20能够直接由数据线获取电源 (“寄生电源”) , 无需外部工作电源。

无线网终端设备是本系统的核心, 负责本系统的温度数据采集及传输。本系统配置温度传感器接口, 实现超温报警。内置钮扣电池或碱性电池 (独立的供电回路, 包括温度探头——集成温度传感器) , 可长期工作 (2年以上) 而无需换电池。

无线网络接口数据传输:由于采用最新的2.4 G无线通讯方式, 通讯距离可达100m, 通过无线网络路由, 可以将传输距离增加到几百米, 甚至更远。由于某些变电站所有数据通讯都只能通过后台主机完成, 因此本系统与后台主机的数据传输可以通过RS232或RS485接口遵循相关的通讯规约进行传输。也可把采集的温度信号通过信号变送器变为4mA~2 0 m A的电流信号传送到后台主机利用已有的模拟信号采集装置进行数据采集。传输到后台主机的数据由统一的遥信数据接口传输到控制中心。

2.2 控制中心的软件

控制中心软件为运行在Windows上的图形化软件。

2.3 系统施工设计

电力电缆监测系统的另一重要部分是监控点位设计。监控点的选择必须遵循电力电缆系统的运行原理, 同时还要充分考虑到执行级所选用控制模式的特点, 合理选择监控点, 以使监控合理、高效、准确。

监控点位设计应满足以下基本功能: (1) 检测功能。监视电力电缆状态, 监测其温度参数。 (2) 报警功能。由于采用无线方式传输数据, 必须确保传输的可靠性。

对于10KV室, 需要在机柜里面, 这里可以使用小型化的红外温度传感器来对准电缆接头;也可以使用集成温度传感器, 测量机柜内温度, 因为机柜是一个相对密闭的环境, 电缆接头温度和机柜内环境温度有较强的相关性, 所以可以用机柜内的温度来估计电缆接头温度, 而且集成温度传感器为智能探头, 系统可自动检测安装的传感器类型及数目, 所以可根据具体需求选择温度探头及温度探头的数量, 增加探头提高监测精度或减少探头降低系统造价。

摘要：本文就计算机无线网络技术在变电站内应用于信息传送进行了研究。主要介绍在变电站内利用红外测温技术对电缆接头进行准确温度探测后, 结合无线网络技术对所获得信息进行加密、传送。

关键词：无线网络,红外线,电缆接头