電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)整體解決方案設(shè)計201103

1、實用文檔C&SIC電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)整體解決方案單 位：中國航天科工集團六院六0所 編寫：胡劍 日期：二0一年三月第1章引言 3第2章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 32.1電纜接頭測溫分析 32. 2 GPRS技術(shù)的應(yīng)用及分析 6第3章現(xiàn)場監(jiān)測裝置的介紹 103.1自供電無線測溫傳感器 103.1.1【產(chǎn)品概述】 103.2DCU數(shù)據(jù)采集器（GPRS可選） 14第4章上位機管理系統(tǒng) 174.1監(jiān)控中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 174.2 SCADA系統(tǒng)概述 174.3控制系統(tǒng)功能 23標(biāo)準(zhǔn)文案電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)第1章引言在城市的供電系統(tǒng)中，電力電纜越來越多。當(dāng)供電距離較長時通常在線

2、路上 要出現(xiàn)電纜接頭，多年的運行顯示 90鳩上的電纜運行故障是接頭故障引發(fā)的。 通過進(jìn)一步的分析表明，接觸電阻、過負(fù)荷等因素是引起接頭溫度過高， 造成電 纜接頭絕緣老化或崩燒故障的主要原因。本文以東北電網(wǎng)有限公司重點科技計劃 項目（城區(qū)電力電纜安全防火遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)）為工程背景，針對城區(qū)電力電纜 接頭數(shù)量大、分布范圍廣等特點，研制了一套新型電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與 預(yù)警系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場裝置、無線通信網(wǎng)絡(luò)和上位機管理系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場裝置對電纜接頭溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測；上位機系統(tǒng)完成對電纜接頭運行溫度 的遠(yuǎn)程監(jiān)測、預(yù)警、報警及電纜接頭運行狀態(tài)的評估,同時,基于SCAD齟件實現(xiàn) 了 GIS方

3、式下的電纜接頭管理功能；利用GSM/GPR網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了上位機與現(xiàn)場裝置 之間的數(shù)據(jù)傳輸。 針對現(xiàn)場監(jiān)測裝置供電難的問題，以超級電容器為基礎(chǔ)，專門 設(shè)計并研制了一種新的現(xiàn)場裝置有效解決了現(xiàn)場監(jiān)測裝置供電的難點。該系統(tǒng)適合城區(qū)大范圍電力電纜接頭故障在線監(jiān)測，具有廣闊的應(yīng)用前景。第2章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)2.1電纜接頭測溫分析2.1.1電纜接頭熱源分析接頭發(fā)熱主要是流經(jīng)線路的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的熱能，該熱能與流經(jīng)線路的電流平方及接頭電阻成正比。2.1.2電纜接頭傳熱分析熱主要沿3個方向傳遞，即向?qū)Ь€兩方傳遞和經(jīng)過接頭絕緣皮向外傳遞。由 于熱阻的存在，其溫度沿導(dǎo)線按一定的梯度分析， 接頭處溫度最高

4、，逐步衰減至 一定距離到環(huán)境溫度；沿接頭絕緣皮傳遞的熱，經(jīng)絕緣皮熱阻及一定范圍的空氣 熱阻過渡到環(huán)境溫度。2.1.3電力及熱力混合網(wǎng)絡(luò)通過上述的分析和忽略一些次要因素，可以總結(jié)出如圖1所示的電力及熱力混合網(wǎng)絡(luò)圖。圖1電纜接頭處電力及熱力混合網(wǎng)絡(luò)圖中所標(biāo)T i代表裸接頭處溫度，T為電纜環(huán)境溫度，T X為測點溫度，Rx為 接頭處接觸電阻，I x是由電流互感器測定的電纜電流，RH1為接頭到溫度檢測單元的等效熱阻，rH2為溫度檢測單元到環(huán)境溫度處的等效熱阻。由于電纜帶 有高電壓，從安全、安裝難易度和成本考慮，要直接取得Ti代價比較高，因此在以后的分析中采用了間接溫度 tx。元件及材料的選擇是，測溫元件

5、熱容量要 小，測點與接頭間應(yīng)注入高絕緣導(dǎo)熱好的材料，測點與環(huán)境間則使用絕熱材料。 經(jīng)上述處理后，用tx代替Ti的計算結(jié)果實際證明完全可以滿足工程計算的要 求。2.1.4算法及公式根據(jù)圖1的混合網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)定理，可以推導(dǎo)出電流、溫度及電阻的關(guān)系如下:2(1)R=K? JoTx _T ?I x T xo - T o式中I xO, TxO, T。，R0為安裝初始測定值，K為比例修正系數(shù)。由上式可見，當(dāng)用電設(shè)備正常運行時（其負(fù)荷電流不會變化很大），接頭電 阻與溫差（Tx-t ）成正比，也就是說可以將電纜頭的溫度作為電纜頭故障的預(yù)警信號。除了極限預(yù)警情況下要及時對電纜頭采取措施外，在設(shè)備大修停電期間對非

6、預(yù)警的電纜頭進(jìn)行質(zhì)量評估，找出隱患加以解決，則顯得更有意義。因為這時候 的維修絲毫不會影響生產(chǎn)。這類評估主要從接頭電阻是否已有質(zhì)的變化，接頭絕緣老化程度等入手。由 于接頭絕緣老化會使絕緣強度和密封性下降，帶來漏電和加速接頭氧化過程導(dǎo)致 接頭壽命縮短等潛在隱患，對其正確評估是很有實用價值的。下面就針對這 個問題，探討評估的依據(jù)和方法。在式（1）中，由于初始值參數(shù)不易取得（絕大多數(shù)溫度探頭都是在線路運行以后加上去的，即現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)），直接使用不方便。但在工程實踐中 發(fā)現(xiàn)，只要監(jiān)測最近一段時間內(nèi)接頭電阻是否有了明顯的變化就可以找出隱患。假設(shè)t1時刻以前（一般可以取溫度探頭接入時刻）接頭性能良好

7、，并作為標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)在某個t2時刻的接頭性能進(jìn)行比較，便可以取得接頭變化的比率（該比率 可由式推導(dǎo)出來），見式（2）。式（2）是t2時刻的接頭電阻Rx2與t1時刻 的接頭電阻Rx1的比值，其中|x2，Tx2，T2 ； I x1，Tx1, Tl分別為t2與tl時刻的對應(yīng)參數(shù)，可以把它們作為接頭電阻評估的依據(jù)。2P=Rx2| x1（T x2 _T 2）P= " 2 2 Rx1|x2仃由式（2）可以看出，t1時刻的參數(shù)是常數(shù)項，接頭電阻的變化只與t2時刻 的溫度差及電流平方的比值有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷電流運行較平穩(wěn)時，t 2時刻的溫差可以反映出接頭質(zhì)量的大致變化（實際情況是，正常的接頭電阻值很小，即便是

8、有一 定電流的變化，產(chǎn)生的熱量也不大，且會迅速地被周圍的材料吸收掉，不可能產(chǎn) 生較大的溫差），見式（3）。P*x-T式（3）突出了故障的主要特征，簡化了運算。通過式（ 3）,可以方便地設(shè) 置一極限溫差，當(dāng)溫差越限時發(fā)出報警信號，以便對故障作出應(yīng)急處理。而式（2） 則作為大修時，非預(yù)警的電纜頭是否維修的評判依據(jù)。引起絕緣材料老化的因素很多，機理復(fù)雜。在一般使用情況下，當(dāng)受到溫度 等外界環(huán)境影響時，絕緣材料極易與氧等發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致降解同時產(chǎn)生氫氣、甲 烷、二氧化碳等有害氣體或水，因而在絕緣層中形成細(xì)小的空洞或裂縫， 使材料 變脆、龜裂，降低了材料的絕緣強度和密封性。 然而要總結(jié)出一種較精確的評估

9、方法不太容易，不過實踐證明絕緣材料長時間地處于較高的溫度狀態(tài)下，其老化速度會加快。由此出發(fā)，可以提出溫度與時間積累的相關(guān)性為基礎(chǔ)的評估方案：NL（t）八 M x? Mt? （Tx 40）? ti z4式中M x為材料修正系數(shù)，m T為溫度修正系數(shù)，Tx為測點溫度。當(dāng)Tx小于40時不產(chǎn)生累積。在實際系統(tǒng)中，對這種積累分 5級評判，當(dāng)進(jìn) 入某一評判系統(tǒng)時，給出對應(yīng)的更新提示。2.2 GPRS技術(shù)的應(yīng)用及分析應(yīng)用GS嗣絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸從理論分析和實際應(yīng)用都是切實可行的。就目前移動通信部門提供的服務(wù)而言，可分為兩種方式：短消息（SMS，通過撥打終端號碼而獲取數(shù)據(jù)資料短消息； GPRS技術(shù)，核心是通過IP

10、轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸。相比較下，采用 GPRSJ術(shù)更具優(yōu)點和前瞻性，符合未來的通信發(fā)展 方向。下面就以GPRS技術(shù)為例作說明：2.2.1 GPRS原理及技術(shù)特點GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù) general packet radio service 的英文簡稱，是 在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的一種新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。GPR睬用分組交換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一個無線信道又可以由多個用戶共享， 實 現(xiàn)資源有效的利用，從而實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸。GPRSfe持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié) 議的應(yīng)用，可以實現(xiàn)與IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。GPR具有全雙工運作，間隙收 發(fā)，永遠(yuǎn)在線，只有在收發(fā)數(shù)據(jù)才占用

11、系統(tǒng)資源， 計費方式以數(shù)據(jù)傳輸量為準(zhǔn)等 特點，由于GPRS勺核心層采用IP技術(shù)，底層可使用多種傳輸技術(shù)，這使得它較 易實現(xiàn)端到端的、廣域的無線IP連接，以實現(xiàn)某種特定功能。圖1 GPRS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意圖具備GPR助能的移動電話或終端通過無線方式與 GSM基站進(jìn)行通信，隨即 登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPR魴組是從基站發(fā)送到GPRS 服務(wù)支持節(jié)點（SGSN，而不是通過移動交換中心（MSC連接到語音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN 與GPR測關(guān)支持節(jié)點（GGSN進(jìn)行通信；GGSN寸分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā) 送到目的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)或 X.25網(wǎng)絡(luò)。來自因特網(wǎng)標(biāo)識有移動電話或終端地址的IP包，由

12、GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到 SGSN繼而傳送到指定的移動電話或終端上。2.2.2 GPRS的技術(shù)特點1）資源利用率高：GPRSI入了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接 收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道， 從而 提高了資源的利用率。GPRS!戶的計費以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了得 到多少、支付多少的原則。實際上， GPRSS戶的連接時間可能長達(dá)數(shù)小時，卻 只需支付相對低廉的連接費用。2） 傳輸速率高：GPR刖提供高達(dá)115kbit/s的傳輸速率（最高值為 171.2kbit/s）。這使得GPR蟄端用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同 時也使一些對傳輸速率

13、敏感的移動多媒體應(yīng)用成為可能。3） 接入時間短：分組交換接入時間縮短為少于1秒，能提供快速即時的連 接，可大幅度提高遠(yuǎn)程監(jiān)控等工作的效率。4）支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議：GPRSfe持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和 X.25協(xié)議。而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，使得GPR冷亡提供In ternet和其它分 組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入。2.2.3利用GPRS來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸基于GPRS技術(shù)的SCAD系統(tǒng)是以GSMfe網(wǎng)絡(luò)平臺，充分利用了 GPRS勺技術(shù) 特點和優(yōu)勢，實現(xiàn)高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。圖2系統(tǒng)構(gòu)成示意圖2.2.4 基本工作原理:在GPR濮塊上實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議，在應(yīng)用程序

14、端安裝數(shù)據(jù)中心軟件，數(shù)據(jù)中 心擁有固定的IP地址（或域名），GPRSg塊登陸上GSM網(wǎng)絡(luò)后，自動連接到數(shù)據(jù) 中心，向數(shù)據(jù)中心報告其IP地址，并保持和維護鏈路的連接，GPR模塊監(jiān)測鏈 路的連接情況，一旦發(fā)生異常，GPRSg塊自動重新建立鏈路，數(shù)據(jù)中心和 GPRS 模塊之間就可以通過IP地址用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行雙向通信，實現(xiàn)透明的、可靠的 數(shù)據(jù)傳輸。225 數(shù)據(jù)通信過程如下：1） 現(xiàn)場監(jiān)控點通過數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)存儲到內(nèi)存，當(dāng)接收到命令數(shù)據(jù)時，通過接口電路，將帶時間標(biāo)簽的數(shù)據(jù)發(fā)送到已登陸網(wǎng)絡(luò)并具有IP地址的GPRS模塊，后通過數(shù)據(jù)編碼并有指向地發(fā)送到 GSM絡(luò)。2）數(shù)據(jù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)空中接口功能模

15、塊同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，轉(zhuǎn)換成在 公網(wǎng)數(shù)據(jù)傳送的格式，最終傳送到公網(wǎng)中用戶服務(wù)器 IP地址。3） 服務(wù)器接受到數(shù)據(jù)后，通過公司內(nèi)部網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到SCAD系統(tǒng)，后通 過系統(tǒng)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示，同時將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中。2.2.6系統(tǒng)應(yīng)用GPRS術(shù)的優(yōu)勢1）永遠(yuǎn)在線：GPRS模塊一開機就能自動附著到 GPRS網(wǎng)絡(luò)上，并與您的 數(shù)據(jù)中心建立通信鏈路，隨時收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)，具有很高的實時性。2）按流量計費：GPRS模塊一直在線，按照接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包的數(shù)量來收 取費用，沒有數(shù)據(jù)流量的傳遞時不收費用。3） 高速傳輸、誤碼率低：GPRS絡(luò)的傳輸速度最快將達(dá)到160Kbps,速率 的高低取決于移動

16、運營商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，根據(jù)中國移動的網(wǎng)絡(luò)情況，目前可提供 2040Kbps的穩(wěn)定數(shù)據(jù)傳輸。4） 組網(wǎng)簡單、迅速、靈活：系統(tǒng)可以通過 In ternet網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的構(gòu)建 覆蓋全中國的虛擬移動數(shù)據(jù)通信專用網(wǎng)絡(luò)，提供接入便利，節(jié)省接入投資。5） 通信鏈路由專業(yè)運營商維護：由于采用中國移動的GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因 此鏈路維護也由中國移動負(fù)責(zé)，免除通信鏈路維護的后顧之憂。2.2.7 系統(tǒng)應(yīng)用GPRS術(shù)的不足1）對移動通信部門有依賴性因為系統(tǒng)建設(shè)運行需借助GSM網(wǎng)絡(luò)，這就造成我們SCADAS統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 受到移動通信部門的制約，須說目前GS嗣絡(luò)發(fā)展的比較成熟，但有時亦存在網(wǎng) 絡(luò)繁忙堵塞或意想不到的事情發(fā)生，

17、這會對系統(tǒng)數(shù)據(jù)造成中斷，影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 分析處理。而采用超短波通訊組建自身網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，可利用自 身技術(shù)力量對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修復(fù)而不需借助第三方，在工作中處于主動。2）運行成本相對較高鑒于目前資費標(biāo)準(zhǔn)，該系統(tǒng)的運營成本在端站數(shù)量較少時略微偏高。2.2.8系統(tǒng)運營成本分析構(gòu)成系統(tǒng)運行成本主要有兩方面（參考本地資費）：系統(tǒng)服務(wù)器端的靜態(tài)IP地址租用費。該項目目前資費較高，約占總運行成本的95%系統(tǒng)數(shù)據(jù)流量 費用。收費標(biāo)準(zhǔn)目前有包月制和按數(shù)據(jù)量兩種收費方式，按流量計算0.03元/kBytes，而包月制20元/月有1024 kBytes流量，該費用取決于流量的多少。 相信隨著技術(shù)的升級，業(yè)務(wù)

18、應(yīng)用的普及，其資費標(biāo)準(zhǔn)會逐步降低。第3章現(xiàn)場監(jiān)測裝置的介紹3.1自供電無線測溫傳感器 3.1.1【產(chǎn)品概述】無線測溫指示器（或者無線測溫盒，下同）基于數(shù)字化故障指示器和 導(dǎo)線自取電技術(shù)，分別安裝到高壓輸電線路（或者開關(guān)柜母排）上，在線測量該 點溫度、負(fù)荷電流（可選）、線路電壓（可選）、短路故障檢測（可選）、斷線 監(jiān)測（可選），并以無線方式將數(shù)據(jù)上傳到溫度顯示終端或者主站，實現(xiàn)溫度等 測量值的顯示和越限報警，及時消除事故隱患。由于解決了從導(dǎo)線10A起自取電問題，無線測溫指示器（或者測溫盒）可以實現(xiàn)高密次、長期的雙向無線通訊， 用戶再也不用擔(dān)心電池?fù)p耗殆盡還要再次停電更換鋰電池了，完全實現(xiàn)免維護。

19、3.1.2【產(chǎn)品型號】1、1型高壓輸電線路無線測溫指示器（自取電）主要功能有：無線測溫、監(jiān)測負(fù)荷電流和線路電壓、短路 /斷線故障檢測與 指示（翻牌、閃燈），從輸電線路自取電。2、2型高壓開關(guān)柜母排無線測溫盒（外加取電盒才能實現(xiàn)自取電功能）主要功能有：無線測溫、溫升報警、通過取電盒（按照母排尺寸特殊訂做卡 線結(jié)構(gòu)）從母排自取電。3.1.3【技術(shù)參數(shù)】頻率范圍240 - 930MHz基頻，每個基頻可開 64個獨立信道（免申請）數(shù)據(jù)速率2.4k - 128k （可調(diào)），推薦 20kbps1傳輸距離/發(fā)射功率300m/11db 1000m/20db （可調(diào)）發(fā)射電流/發(fā)射時間20mA （11dbm）或

20、 60mA （20dbm） /20ms接收電流/幀聽時間17mA/2ms1主動發(fā)送周期110分鐘（可調(diào)）測溫周期ZD-1=主動發(fā)送周期ZD-21SZD-160uA （標(biāo)準(zhǔn)工作模式：1.每20秒醒來一次 以接收主站命令或參數(shù)；2.每10分鐘上報 一次溫度等測量數(shù)據(jù)）平均功耗ZD-230uA （標(biāo)準(zhǔn)工作模式：1.每1秒米集一次 溫度，但溫度和溫升都沒有越限；2.每1分鐘上報一次溫度，可以接收主站命令或 參數(shù)，但主站沒有下發(fā)命令或參數(shù)）后備鋰亞電池ZD-12.4Ah/3.6V*2ZD-22.4Ah/3.6V*1取電電流范圍長期：0600A、01500A、02500A （分三檔）；短時（4S）:40k

21、A溫度測量范圍和精度-55 C+150C, 土 2C電流測量范圍和精度（可選）0600A,± 2A 或者土 1.5% （可選）外形尺寸（含卡線取電部分）ZD-165 X 75 X 120mmZD-2測溫盒：25*25*60mm （天線除外）；取電盒：25*25*60mm整機重量<0.5Kg測溫盒：0.1Kg ;取電盒：0.2Kg防護等級IP65 （線路板和后備電池已做灌膠處理）使用壽命取電>10年不取點<5年3.1.4【功能特點】1. ZD-1利用數(shù)字化故障指示器的卡線結(jié)構(gòu)，可安裝到高壓輸電線路上。運行時，指示器灌膠面上的導(dǎo)熱板和溫度探頭緊貼在輸電線路的下面，使得測

22、溫更準(zhǔn)確、及時。利用絕緣操作桿和安裝托杯，可帶電裝卸。2. ZD-2采用測溫盒與取電盒分離設(shè)計思路，之間通過很短的高溫線纜進(jìn)行連接，用戶根據(jù)需要選擇是否需要取電盒來做自取電。由于測溫盒和取電盒體積很小，無高壓絕緣和尖端放電問題。由于沒有設(shè)計自動卡線結(jié)構(gòu)，需停電裝卸。3. 無線測溫指示器（或無線測溫盒）實時采集溫度，越限時立即通過無線 跳頻方式主動上報。當(dāng)溫度變化不大時，測溫指示器每隔一段時間主動上報一次 當(dāng)前溫度值。4. 測溫指示器整機（含RF無線模塊）功耗極低，設(shè)計壽命為15年（無線通訊除 外），內(nèi)置鋰亞電池壽命保證為 10年。5. 無線測溫盒可在線設(shè)置測溫指示器的溫度和溫升越限門檻值，溫度

23、越限 時立即上報；無線測溫指示器還可設(shè)置速斷、 過流等參數(shù)，電流越限時立即上報 并翻牌、閃燈指示。6. 無線測溫指示器（或無線測溫盒）采用特殊等電位電路設(shè)計，在強電磁 環(huán)境下能可靠工作。7. 從導(dǎo)線10A負(fù)荷電流起取電，負(fù)荷電流每增加5A,則減少電池功耗10uA。 當(dāng)負(fù)荷電流大于20A時，無線測溫指示器即獲取足夠無線通訊電能， 滿足無線通 訊需要，因此測溫指示器已按免維護設(shè)計。8. RF模塊采用無線調(diào)頻通訊，開放頻點，分頻控制，多點通訊數(shù)據(jù)不沖突；采用全球唯一 4字節(jié)地址編號，組網(wǎng)靈活、方便。9. 由于能從導(dǎo)線取到電能，無線測溫指示器（或無線測溫盒）可通過調(diào)節(jié) 發(fā)射功率，直接與ZD-DCI系列

24、數(shù)據(jù)采集器（或監(jiān)控后臺）進(jìn)行無線通訊，省略 無線中繼（或溫度顯示終端）等中間環(huán)節(jié)。 溫度等測量數(shù)據(jù)通過ZD-DCU系列數(shù) 據(jù)采集器（或監(jiān)控后臺）轉(zhuǎn)發(fā)給主站系統(tǒng)，主站命令、參數(shù)等也可以通過ZD-DCU 系列數(shù)據(jù)采集器（或監(jiān)控后臺）轉(zhuǎn)發(fā)給無線測溫指示器（或無線測溫盒）。3.2DCU數(shù)據(jù)采集器（GPRS可選）產(chǎn)品簡介:ZD-DCU1 2型數(shù)據(jù)采集器主要用于輸配電線路故障定位、負(fù)荷監(jiān)測和智能電網(wǎng) 在線監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，也可用于變電站高壓開關(guān)柜無線測溫等應(yīng)用場合，通過短距離無線調(diào)頻、跳頻通訊方式實時采集附近安裝的132只數(shù)字化故障指示器的 信息（系統(tǒng)電壓、負(fù)荷電流、接地暫態(tài)電流及其增量、溫濕度、短路故障動

25、作狀 態(tài)、接地故障動作狀態(tài)），然后將打包數(shù)據(jù)通過 GPRS通訊方式發(fā)送到配網(wǎng)主站 SCADA或者GIS系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理。其中 DCU2型帶4路電動開關(guān)的遙控（合 分閘）和6路遙信（開關(guān)位置采集）功能。工作原理:采用大功率太陽能電池板和低壓取電技術(shù)，確保陰雨天氣也可保證正常工作。采 用大容量可充電鋰電池做后備電源， 可連續(xù)工作7天以上，并確保5年以上全戶 外使用壽命。實時監(jiān)測太陽能電池板的充電電壓和電池電壓， 當(dāng)電池電壓偏低時 可及時報警，并將GPRS據(jù)通訊從“一直在線”轉(zhuǎn)入“定時上線”工作狀態(tài)。 當(dāng)線路正常運行時，DCU向下采用POLLING規(guī)約輪詢每只數(shù)字化故障指示器（FCI），F(xiàn)CI按預(yù)

26、設(shè)的通訊策略進(jìn)行應(yīng)答，將實時采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU通訊策略的含義是：FCI采用低功耗電路和程序設(shè)計，設(shè)計壽命為 10年以上，但 無線通訊能量較大，不能完全依靠內(nèi)部鋰電池供電，大部分能量要從高壓導(dǎo)線感 應(yīng)取電。當(dāng)負(fù)荷電流大于20A時可以完全取到通訊能量，在通訊時可以做到“有 問必答”或者定時主動發(fā)送；當(dāng)負(fù)荷電流小于 20A時，只能取到有限的電能，在 通訊時會出現(xiàn)“兩問一答”、“十問一答”或者不定時主動發(fā)送的情況，其它時間FCI內(nèi)部無線通訊模塊都在休眠以減少電池?fù)p耗。值得一提的是，由于無線通訊 劃分為64個獨立信道，對于主動發(fā)送不存在互相干擾而導(dǎo)致通訊不上的情況。對于10kV中性點各種接地系統(tǒng)，

27、當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時， FCI可以檢測到短路 故障電流，如果符合特定的短路故障判據(jù)，則本地翻牌顯示，并按照預(yù)設(shè)的時間 參數(shù)自動復(fù)歸，也可以通過主站遙控復(fù)歸。同時，在 DCI輪詢到自己時將“及時 應(yīng)答”或者立即主動發(fā)送動作信息，將動作信號等數(shù)據(jù)發(fā)送到 DCU1對于10kV小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)線路出現(xiàn)接地故障時， FCI可以檢測到接地故障 暫態(tài)電流，如果符合特定的接地故障判據(jù)，則本地翻牌顯示，并按照預(yù)設(shè)的時間 參數(shù)自動復(fù)歸，也可以通過主站遙控復(fù)歸。同時，在 DCU輪詢到FCI時將“及時 應(yīng)答”或者立即主動發(fā)送動作信息，將動作信號等數(shù)據(jù)發(fā)送到 DCUDCU在收到FCI的動作信息以后，將動作分支的 FC

28、I地址信息通過GPRSS訊方 式發(fā)給配網(wǎng)主站SCAD或GIS系統(tǒng)，并進(jìn)行報警顯示和自動短信通知。功能特點:體積小，重量輕帶電裝卸太陽能取電，后備大容量鋰電池在線設(shè)置參數(shù)；遙控翻牌/復(fù)歸、指示燈點亮/熄滅、兩路開關(guān)合/分閘和開關(guān)位置信息采集 防死機和少維護設(shè)計對主站采用GPRS1訊方式和標(biāo)準(zhǔn)101通訊協(xié)議對指示器采用短距離無線調(diào)頻、調(diào)頻通訊方式和101協(xié)議POLLING規(guī)約技術(shù)參數(shù):1、電源：18V/20100W太陽能電池板組件2、電池：1050Ah/3.6V可充電鋰電池3、 整機平均功耗：v 50mA4、短距離調(diào)頻發(fā)送功率：v 20mA（持續(xù)向指示器發(fā)送巡檢命令時）5、GPRS發(fā)送功耗： v

29、150mA （持續(xù)向主站發(fā)送實時數(shù)據(jù)時）& 遙測：電流精度為土 1.5% （電流大于10A時）或者土 1A（電流小于10A時）； 電壓線性度優(yōu)于土 95%8、遙控：4路繼電器空接點輸出，AC2KV光電隔離，帶DC24V可控遙控電源和 開關(guān)操作電源9、 遙信：6路開關(guān)位置輔助接點輸入，AC2KV光電隔離，帶DC24V可控遙信電 源10、遙調(diào)：可在線設(shè)置130只數(shù)字化故障和數(shù)據(jù)采集器本身的參數(shù)11、 通訊頻率（短距離無線）：433MHz（64個獨立調(diào)頻信道，自動跳頻），20k（雙向），1001000米可調(diào)12、建議帶數(shù)字化故障指示器個數(shù)：30個13、重量：v 5kg14、尺寸：v 150m

30、rK 250mm< 200m（高x寬x厚）15、 設(shè)計壽命：10年以上（可充電鋰電池為5年壽命）16、環(huán)境溫度：-35 C85E17、環(huán)境濕度：595%18、防護等級：IP6519、EMC等級：土 8kV靜電放電第4章上位機管理系統(tǒng)4.1監(jiān)控中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCADA（Supervisory Con trol A nd Data Acquisitio n）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADAK統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的DCS與電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)；它應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù) 采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技

31、術(shù)發(fā)展也最為成熟。它在遠(yuǎn)動系統(tǒng)中占重要地位，可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié) 以及各類信號報警等各項功能，即我們所知的"四遙"功能.RTU（遠(yuǎn)程終端單元）,FTU（饋線終端單元）是它的重要組成部分在現(xiàn)今的電力綜合自動化 建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用.4.2 SCADA系統(tǒng)概述一、SCADA系統(tǒng)概述SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。由于各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?SCADA勺要求不同，所以不同應(yīng)用領(lǐng)域的 SCADA系

32、 統(tǒng)發(fā)展也不完全相同。在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟。它作 為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，有著信息完整、提高 效率、正確掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷出系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，現(xiàn)已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。它對提高電網(wǎng)運行的可靠性、安全性與經(jīng)濟效益，減輕調(diào)度員的負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)電力調(diào)度自動化與現(xiàn)代化，提 高調(diào)度的效率和水平中方面有著不可替代的作用。二、SCADA系統(tǒng)發(fā)展瞻望SCADA系統(tǒng)在不斷完善，不斷發(fā)展，其技術(shù)進(jìn)步一刻也沒有停止過。當(dāng) 今，隨著電力系統(tǒng)對SCADA系統(tǒng)需求的提高以及計算機技術(shù)的發(fā)展，為SCADA系統(tǒng)提出新的要求，概括地

33、說，有以下幾點：1、SCADA/EM系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的廣泛集成SCADA系統(tǒng)是電力系統(tǒng)自動化的實時數(shù)據(jù)源，為系統(tǒng)提供大量的實時數(shù) 據(jù)。同時在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，MIS系統(tǒng)等系統(tǒng)中都需要用到電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，而沒有這個電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)信息，所有其它系統(tǒng)都成為“無源之水”。所以在這 今十年來，SCADA系統(tǒng)如何與其它非實時系統(tǒng)的連接成為SCADA研究的重要課題；現(xiàn)在在SCADA系統(tǒng)已經(jīng)成功地實現(xiàn)與 DTS（調(diào)度員模擬培訓(xùn)系統(tǒng)）、 企業(yè)MIS系統(tǒng)的連接。SCADA系統(tǒng)與電能量計量系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)、水調(diào) 度自動化系統(tǒng)、調(diào)度生產(chǎn)自動化系統(tǒng)以及辦公自動化系統(tǒng)的集成成為SCADA系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。2、綜合自動化以RTU

34、微機保護裝置為核心，將變電所的控制、信號、測量、計費等 回路納入計算機系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)的控制保護屏，能夠降低設(shè)備投資，提高二 次系統(tǒng)的可靠性。綜合自動化已經(jīng)成為有關(guān)方面的研究課題，我國東方電子 等公司已經(jīng)推出相應(yīng)的產(chǎn)品。3、專家系統(tǒng)、模糊決策、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)研究與應(yīng)用產(chǎn)品介紹：軟件；*坤:EJSS|»押山離醫(yī)貢理皿15-W 396, <H'13,00 5E6.0O2fl_ DO 鮎9. no LD-DD 1023, D L4 00 2fi.C0立從編«-i支電"時-OOT?7. wl53.帕 soziol00 2SS. M 25.刼r 62. KJ

35、28$. 00釵 W 372. DO 2E. D42. oa L24.0D昭M21A CO40- (X> L90>. OD 34.3$土I。良軸鮎J DO110.M Hi.»L3_<M i72. 00 2390. OOTSICO週31址洌nM3HL5*MHl17.®B.期叱述GZ-DO 已.gd00 259.->：72. 00 9GD 0)«.2S2. K> 22201ii mu1 呻 LJ.W41-.Qlfl-fltrgLLMLaQm.壞.曲噸 i：H-uirR r刊郎詡|圖1 :主站SCADA/FA/WE系統(tǒng)配網(wǎng)單線圖圖2 :從主

36、站監(jiān)測到的某監(jiān)測點的 A相接地故障動作曲圖DUU03圖3:主站監(jiān)測到的某監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集器的鋰電池和太陽能電池板電壓曲線圖圖4-1 :從主站監(jiān)測到的某監(jiān)測點的三相負(fù)荷電流曲線圖（先是接地，后來演變?yōu)閮上嘟拥囟搪罚﹤渥?C相首先檢測到接地故障，三相負(fù)荷都岀現(xiàn)了異常現(xiàn)象。O503o O 丿 O 0 1S驀 0超 0二礙 目品 2W UGO取 品OCN mow 2窖 O黑雪 S會 09負(fù) 0會 0-會 品匚I 021 目£ 自會 s 口轉(zhuǎn) 0S3T 0巴龍 凸幕寸一 OS負(fù) 翕罰1-1 S品一: ce 品S-I 0負(fù) tn 品1-1圖4-2 :從主站監(jiān)測到的某監(jiān)測點的接地尖峰突變電流曲線圖（

37、先是接地，后來演變?yōu)閮上嘟拥囟搪罚﹤渥ⅲ篊相首先檢測到接地故障，接地尖峰突變電流被捕捉到并被“鎖住”60分鐘；在C相報故障前40分鐘左右，B相已岀現(xiàn)過一次接地尖峰電流突變，但電場沒有持續(xù)下降。UaoY*- UbaIfcci圖4-3 :從主站監(jiān)測到的某監(jiān)測點的線路對地電場曲線圖（先是接地，后來演變?yōu)閮上嘟拥囟搪罚┤匾δ?. 過程報警過程報警是過程數(shù)據(jù)庫的基本功能。報警是對測量值的范圍、變化速度的預(yù) 警。報警包括限值報警，變化率報警，偏差報警，異常報警等。更復(fù)雜的報警可 以通過對測量值進(jìn)行數(shù)學(xué)運算，然后對運算結(jié)果進(jìn)行報警檢查而產(chǎn)生。 發(fā)生報警 后，操作員可以通過報警畫面對報警進(jìn)行“確認(rèn)”，“確

38、認(rèn)”就是告訴系統(tǒng)我知 道了發(fā)生的事，以免系統(tǒng)再次提醒。報警信息，報警確認(rèn)信息，報警恢復(fù)（報警 消除）等信息都可以被系統(tǒng)自動記錄下來。報警按照重要程度可分為多個優(yōu)先級， 如低級、高級、緊急。報警發(fā)生時系統(tǒng)可以通過多種方式通知用戶， 如彈出報警窗、發(fā)出聲響，甚 至可以發(fā)送短信或電子郵件。至于使用哪種方式，用戶可以自由指定。2. 歷史存儲對實時數(shù)據(jù)可以進(jìn)行歷史存儲。歷史數(shù)據(jù)對于生產(chǎn)狀況分析、實現(xiàn)先進(jìn)/優(yōu)化控制、以及生產(chǎn)事故分析非常重要，所以將重要的工藝數(shù)據(jù)都會進(jìn)行長期歷史 保存。為了節(jié)省存儲介質(zhì)空間，對保存的數(shù)據(jù)使用壓縮保存。常用的保存方式有 周期性保存和變化保存（數(shù)據(jù)只有變化到一定程度才保存）。3

39、. 腳本語言除了固定格式的功能，如點內(nèi)部處理（能夠完成幾種固定形式的功能，如量 程轉(zhuǎn)換、報警檢查、PID運算），動畫連接（能夠完成幾種固定形式的動畫，如 顏色、位置改變）等，SCAD還允許用戶定義特殊的邏輯、運算，這是通過SCADA 的內(nèi)置編程語言實現(xiàn)的。SCADA勺提供的編程環(huán)境有的是內(nèi)嵌 VBA編譯器，有的 是自定義的類似BASIC或類似C語言的編譯器。無論是哪種編程環(huán)境SCADA都要 提供很多訪問自身數(shù)據(jù)的屬性、方法，以便在編程環(huán)境中與SCADA系統(tǒng)交互。這 種內(nèi)置的編程語言經(jīng)常稱作“動作”，現(xiàn)在更多的稱呼是“腳本”。這里的腳本 與Excel中的“宏”類似。通過腳本用戶可以自由擴展系統(tǒng)功能。腳本也能產(chǎn)生多種輸出動作：如向過程數(shù)據(jù)庫寫數(shù)據(jù)；發(fā)送短信；調(diào)用窗口； 產(chǎn)生聲響等。四.SCADA的益處使用SCADA軟件能夠