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浅谈插接母线温度在线监测系统研究与应用

发布时间: 2023-01-28  点击次数: 541次

王晶晶

安科瑞电气股份有限公司

0 引言

     在工厂供配电系统中,电能传输和电力输送靠架空导线或电缆进行,低压配电电力传输承受较大的电流。在近距离的厂房大电流传输中,封闭式插接母线配电在工艺布局较紧凑的地方具有便捷的优势,因其通过表面的铝制材质散热较好,应用越来越广泛。
 
1 整车工厂母线维护存在的安全隐患
     某整车工厂各工程插接母线共86条,其中涂装、冲压车间有9条母线无检修通道(和车间其他物事干涉无法制作),动力人员检修时登高存在重大的安全隐患;因受限于空间,点检作业时间较长(维护时间增至4960 h/年)。对此,可将温度传感器安装到插接箱插爪部位,另一端由采集器采集温度信息传输至无线网关,由无线网关经通信基站传输信号至监控后台建立的插接母线温度监控系统,对母线故障的监测和诊断具有重要意义。
 
2 封闭式母线系统
     封闭式母线系统是一个高效输送电流的配电装置,其内部是A、B、C三相导电排、零线排及其表面附着绝缘材料,外部由散热较好的铝材封闭,附件包括终端箱、始端箱、固定式插接口、连接器、变容节等,靠表面环绕绝缘材质杜绝带电体每相之间的绝缘安全间距不足问题,且避开了外部湿气、灰尘的影响,尤其适用于较大规模工厂经济选择配电形式的要求。其常用规格适用于交电流50 Hz,额定电压400~1000V,额定电流500~4000A的三相五线制供配电系统。它可制成每隔一段距离设有固定式插接口的插接型封闭母线,也可制成中间不带固定式插接口的馈电型封闭式母线[1]。
 
     广州XXX有限公司郑州分公司采用的插接母线为L形垂直(水平)弯通母线,由母线、固定式插接口、插接箱、始端箱、终端箱、变容节等组成。通常母线处于长期带电和全封闭状态。目前母线负荷较高,温升较明显,插接箱和连接器作为连接电源点部位,常因安装原因导致温度过高烧坏插接口甚至局部出现短路。日常靠热成像仪测温并不具备高时效性,因此设计了母线温度监测系统对母线连接部位的温度进行监测,以此提高母线供电的可靠性。该设计采用了不同的温度采集方式、数据传输网络、报警系统,在一定程度上实现了温度的实时监测、预警[2]。
 
3 母线测温系统架构
     母线表面、始端头、终端头、固定式插接箱、母线连接器等部位均在电能传输过程中产生热能,其导体连续部位在使用过程中有很多局限性,尤其是插接箱连接母线部位的插爪易高温,通过监测插接箱插爪温度就能把握母线温度变化趋势。为此,在插爪与母排连接部位安装温度传感器,通过无线采集器将采集的温度通过无线Rola信号传输至无线网关,无线网关至监控后台通过光纤传输,建立一套插接母线测温系统,实时测温,异常时报警,提醒值班人员及时应对,服务于日常点检以减少故障频次。
     通过Rola建立无线通信系统(图1),适用于车间复杂钢结构形成的信号屏蔽。
图1母线测温系统通信拓扑图
     后台程序通常由很多组件组成。如果运行期发生接口调用性能下降情况,知道是哪些组件性能下降引起的。实时掌握所有接口的性能数据(图2),问题便可迎刃而解。
图 2 后台监控曲线
4 系统构建
     系统基于能源管理系统云端构架,通过建立WEB发布,将建立的温度监控系统并入能源管理系统中,主要包含以下内容:
图 3 系统构建
(1)工具:通信接口层主要负责与各类数据源的通信,可对其中的部分通信协议、规约转换为标准通信协议,方便与数据库链接。由通信协议模块、转换网关、数据采集模块组成。
(2)数据存储层:负责数据的集中处理,并将历史数据等写入关系数据库中。
(3)应用层:为展示层模块提供软件支撑,包括统计分析、图形服务、报表服务、计算服务、报警、打印服务和时间服务等。
(4)展示层:负责能源管理系统的WEB数据发布、应用展示等,提供与现有系统的数据接口。
     采用以上温度监控数据分析技术,预测温度趋势及提前预警异常信息。在工业物联网技术支持下,采用云端服务器存储数据,实现数据冗余处理。经过测试,本系统性能稳定可靠,满足母线温升在线监测系统的要求,为实现母线温升在线监测提供了一种非常有效的手段。
     自系统应用以来,已提前发现5次潜在故障隐患,处理后消除生产长停故障300min以上,同时也减少了日常点检维护工时2000h/年,减少人力1人,同时能有效预测温度趋势变化,提前安排定期检修计划。因此,对母线温升状态的监测十分必要,并为以后其他工厂或行业提供了较好的应用案例。
     本项目实施,对比以往的母线温度监控系统,采集温度信号的通信线采用Modubus、TCP/IP等通信方式布线,施工时存在高空作业等安全风险大、施工周期长、问题出现时排查困难、经济成本高、后期维护困难问题,故采用无线通信方式会逐渐适用于复杂工况的现场环境[7]。
 
5 安科瑞智能母线监控解决方案
5.1概述
     数据中心IT服务器配电传统采用精密配电柜,占用空间较大,配电线缆多,新增设备不便,为了节省面积,智能小母线方案由于不占用机房面积、可按需灵活插拔,受到很多数据中心的青睐,被越来越多的应用。
     安科瑞智能母线监控产品分为交流和直流母线监控两类,包括始端箱监测模块、插接箱监测模块以及触摸屏,另外还可以搭配母线槽连接器红外测温模块用于监测母线槽的运行温度,确保母线槽配电安全。通过标准网线手拉手简单组网,可以实现任意插接箱检修或更换时不影响其他在线运行的插接箱的数据上传通讯。
 
5.2 应用场所
适用于运营商、金融、政府、互联网、企业等数据中心
 
5.3 系统结构
 
5.4 系统功能
1)实时监测
     在主页点击数据采集按钮后,进入系统图界面:此界面显示了每个箱子的电压。
   
 
2)基本参数界面
      显示电压、电流、功率、电能等电参数数据,在设备地址旁边的输入框输入本箱子对应的仪表地址,即可实现对箱子中仪表数据的采集。
3)谐波数据
      通过点击“箭头"来左右切换2-63次谐波数据。
4)大需量
      显示电压、电流、功率的大需量的数值及发生时间。
5)电能查询
     电能情况可以查询上12月份的每个月用电量、上一年总用电量、本年已用电量、根据选择不同时间查询电能值。
 
6 系统硬件配置
7 结束语
     随着电气自动化技术迅速发展,电气设备逐步倾向于现场应用的便捷性、经济性。电气系统有着它的特点,封闭式插接母线能承受较高的电力载流量及载荷能力,且散热良好。机械压铸成型的外壳结构支撑强度高,使用寿命较长,为设备维护人员带来极大的便利。
     本文设计的母线插接口及连接头温度在线监测系统,由无线网关经通信基站传输信号至监后台控系统,对母线故障的监测和诊断具有重要意义。
 
参考文献
[1]韦铁权.插接母线温度在线监测系统研究.
[2]孙国霞,关向雨,金向朝,等.基于多场耦合计算的气体绝缘开关设备母线接头过热性故障分析[J].高电压技术,2014,40(11):3445-3451.
[3]A.K.GUPTA,黄程伟.确保大型电动机高质量的绝缘系统:设计和测试要求[J].国外大电机,2017(1):22-24,29.
[4]AcrelEMS-IDC数据中心综合能效管理解决方案-样本.
[5]数据中心解决方案样本2022.04版


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