基于無4G/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測的系統(tǒng)應(yīng)用方案

1、引言

    電力系統(tǒng)安全運行關(guān)系到國民經(jīng)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(guān)柜內(nèi)的溫度檢測技術(shù)的研究。一系列的開關(guān)柜的溫度無線監(jiān)測技術(shù)也因此應(yīng)運而生，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠、變電站、動力車間最重要的電氣設(shè)備，每個開關(guān)柜都有多個進(jìn)出線接頭盒開關(guān)觸頭。在運行過程中，開關(guān)的觸點、母線連接頭等部位因長期負(fù)荷較大、老化等原因會導(dǎo)致接觸電阻過大而發(fā)熱。由于開關(guān)柜密閉運行、內(nèi)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(zāi)和大面積停電事故的發(fā)生。因此，設(shè)計一套高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)是勢在必行。 

    為解決光纖式電力開關(guān)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(jù)設(shè)備的設(shè)計特點，提出了一種采用無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)通信傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)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(guān)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(jìn)行信息傳送的復(fù)雜性與危險性，具有很好的應(yīng)用前景。


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

3、應(yīng)用前景
    近年來，電力系統(tǒng)已發(fā)生多起因設(shè)備過熱而發(fā)生火災(zāi)和大面積停電事故。據(jù)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(shè)備過熱所致；而在采用高壓開關(guān)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(fù)荷等引起接頭溫度過高所致。因此，對高壓開關(guān)柜連接點的溫度變化進(jìn)行實時監(jiān)測及預(yù)警是非常必要的。
     目前電廠高壓開關(guān)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(jìn)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(jù)，而且具有了數(shù)據(jù)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(dǎo)體溫度傳感器等測溫方式，需要金屬導(dǎo)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(guān)柜的高壓，因此能夠直接安裝到開關(guān)柜內(nèi)的高壓觸點上，準(zhǔn)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(nèi)部設(shè)備，開關(guān)柜運行時必須關(guān)閉柜門，導(dǎo)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(nèi)直接測量設(shè)備溫度后，以無線網(wǎng)絡(luò)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(nèi)布線難度較大，造價高。
  無線測溫系統(tǒng)沒有復(fù)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(gòu)成。無線測溫終端負(fù)責(zé)對高壓開關(guān)柜內(nèi)的溫度進(jìn)行采集，并通過無線ZigBee傳輸模塊進(jìn)行實時發(fā)送數(shù)據(jù)。無線測溫集中器負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的接收、處理，并通過RS485總線將數(shù)據(jù)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(jù)的顯示和數(shù)據(jù)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(jù)利用才茂無線2G/3G/4G DTU遠(yuǎn)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(jìn)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(guān)無線測溫系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對分散地域的多個高壓開關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行集中有效監(jiān)測，能大大提高高壓開關(guān)柜的安全運行。
圖二（系統(tǒng)拓?fù)鋱D）

6、無線測溫系統(tǒng)的功能優(yōu)勢
1）通信的先進(jìn)性——采用先進(jìn)的數(shù)字化及無線2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，獨特的絕緣性能，使用方便經(jīng)濟；
2）通信的可靠性——通信系統(tǒng)要長期經(jīng)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(dá)；
4）多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率——隨著以后終端業(yè)務(wù)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(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高；
5）通信的靈活性和可擴展性——標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)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(shè)計，具有極強的抗干擾能力、低功耗、組網(wǎng)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(shè)備的串口通信立即轉(zhuǎn)換為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信的雙向轉(zhuǎn)換傳輸設(shè)備。才茂Zigbee設(shè)備支持3種數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，根據(jù)用戶自己的實際需要進(jìn)行選定。Zigbee包括三種類型：協(xié)調(diào)器(Coordinator)、 路由器(Router)、終端節(jié)點（End Device），這三類設(shè)備具備不同的網(wǎng)絡(luò)功能，協(xié)調(diào)器時網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)起組織、網(wǎng)絡(luò)維護和管理功能；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由中繼轉(zhuǎn)發(fā)；終端節(jié)點只進(jìn)行本節(jié)點數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。在一個Zigbee應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)中，需要一個協(xié)調(diào)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(jù)傳輸單元,為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、TCP/UDP 透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)級無線終端設(shè)備。產(chǎn)品采用高速高性能工業(yè)級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構(gòu)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(nèi)存，內(nèi)嵌自主知識產(chǎn)權(quán)的TCP/IP 協(xié)議棧，為用戶提供高速，穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線，多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)應(yīng)用。針對網(wǎng)絡(luò)流量控制的用戶，DTU 產(chǎn)品支持語音，短信，數(shù)據(jù)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(jù)中心備份，以及多數(shù)據(jù)中心同步接收數(shù)據(jù)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(yīng)用現(xiàn)場不同接口需求。
 2）完善的網(wǎng)絡(luò)支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網(wǎng)絡(luò)，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(nèi)置看門狗WDT保護）系統(tǒng)保護的基礎(chǔ)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(shè)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(lǐng)域。
 5）完全工業(yè)級設(shè)計生產(chǎn)，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(rèn)證或者FCC認(rèn)證或者CE認(rèn)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(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機”、“當(dāng)機”等疑難問題。
 8)超大內(nèi)存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內(nèi)存不同），有超大的內(nèi)存來緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)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(wù)器異常而導(dǎo)致DTU設(shè)備當(dāng)機的嚴(yán)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(wǎng)絡(luò)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(lǐng)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(yuǎn)程配置，遠(yuǎn)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?fù)?，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線；
14）支持批量配置功能；
8.2、DTU系列產(chǎn)品資質(zhì)與檢測
1、無線通信在線維持專利技術(shù)
2、摩爾實驗室高低溫檢測報告
3、福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院檢測
4、著作版權(quán)證書
5、EMC檢測報告
6、國家強制3C認(rèn)證
7、DTU創(chuàng)新產(chǎn)品獎
8、深圳比亞迪用戶測試報告

9、才茂資質(zhì)
公司榮譽：
2009 年公司GPRS DTU 產(chǎn)品被評為“創(chuàng)新產(chǎn)品獎”；
2011 年被評為“中國工控行業(yè)客戶滿意最好供應(yīng)商”；
2012 年公司成為“中國質(zhì)量萬里行”會員；
2013 年公司成為“智能輸配電設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”會員；
2010 年被國家認(rèn)定的高新科技企業(yè)；
2010 年被國家認(rèn)定的雙軟企業(yè)企業(yè)；
公司擁有1 項保持設(shè)備穩(wěn)定的專利技術(shù)證書和12 個軟件著作版權(quán)證書；
全國設(shè)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(wù)；
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(yīng)用考驗。

10、結(jié)束語
      現(xiàn)代工業(yè)中，工作溫度的升降反映了設(shè)備運行狀態(tài)和許多物理特征的變化，工業(yè)設(shè)備異?；蚬收铣１憩F(xiàn)出溫度的異常變化。因此工業(yè)設(shè)備運行溫度監(jiān)測是設(shè)備安全監(jiān)控最為有效、最為經(jīng)濟的手段，對設(shè)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(yīng)用，基于2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的無線測溫系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)、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(lǐng)域得到廣泛的使用。