1. 系統(tǒng)背景
城市配電房和開關(guān)站數(shù)量多分布廣，遍布城市各個(gè)角落，大至片區(qū)，小至某一棟大樓，均配有配電房或開關(guān)站。而長期以來，配電室管理工作一直是供配電系統(tǒng)運(yùn)行管理可靠性的薄弱環(huán)節(jié)之一，一些配電室開關(guān)跳閘和配電室環(huán)境過熱影響設(shè)備運(yùn)行、配電室水浸導(dǎo)致設(shè)備損壞、配電室設(shè)備被盜等，既容易燒毀設(shè)備，也容易影響用戶正常的用電，而這些故障卻常常被人們忽視。多年來，由于配電網(wǎng)絡(luò)缺乏這方面的檢測手段，一般都在每年或每季的幾個(gè)規(guī)定日，由工作人員逐個(gè)測量配電裝置及點(diǎn)巡檢，結(jié)果是費(fèi)時(shí)費(fèi)工，既不能及時(shí)反映真實(shí)情況，也不能及時(shí)解決實(shí)際問題。
近年來在推廣泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和狀態(tài)檢修的大背景下，國內(nèi)的電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展勢頭有增無減，無論是在線監(jiān)測應(yīng)用的規(guī)模還是在線監(jiān)測技術(shù)水平，與國外相比都不遜色。隨著在線監(jiān)測系統(tǒng)在配電房設(shè)備上的應(yīng)用，對配電房進(jìn)行智能化改造，建立配電房設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電房設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)配電房設(shè)備由計(jì)劃巡檢向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變，能夠及早發(fā)現(xiàn)安全隱患，降低運(yùn)維成本減少事故損失。
本方案通過采集配電自動化裝置的接口信號、開關(guān)狀態(tài)信號、電氣參數(shù)信號實(shí)現(xiàn)四遙功能。安裝溫濕度傳感器、水浸傳感器、煙感探測器、溫感探測器、無線母排測溫裝置、變壓器（開關(guān)柜）局放監(jiān)測、門禁監(jiān)控設(shè)備、安防監(jiān)控設(shè)備等實(shí)現(xiàn)配電室的環(huán)境參量監(jiān)控功能。對巡檢人員進(jìn)行系統(tǒng)管理，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維管理。以滿足配電室智慧管理的需求。
本方案基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)施應(yīng)用，可對設(shè)備全面實(shí)時(shí)的獲取運(yùn)行狀態(tài)信息、實(shí)時(shí)信息融合處理等方面的綜合應(yīng)用與展示，為電網(wǎng)運(yùn)維管理提供更為全面的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和更精確的管控工況信息，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)信息化、自動化、互動化，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)運(yùn)維管理效率、提升綜合服務(wù)水平提供信息支持。
2. 參考標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范
? Q/GDW1168-2013《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》
? DL/T 1430-2015《變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》
? GB50150-2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》
? Q/CSG114002-2011《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》
? GB/T11022《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》
? 國家電網(wǎng)設(shè)備〔2018〕979號 國家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）的通知
? Q/GDW 1535 變電設(shè)備在線監(jiān)測裝置通用技術(shù)規(guī)范
? Q/GDW 1921 智能變電站35kV及以下保護(hù)測控計(jì)量多功能裝置技術(shù)規(guī)范；
? Q/GDW 10766 10kV～110（66）kV 線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范
? Q/GDW 10767 元件保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范
? Q GDW 11085 真空斷路器開合容性電流老煉試驗(yàn)導(dǎo)則
? Q/GDW 11398 變電站設(shè)備監(jiān)控信息規(guī)范
? Q GDW 11472 繼電保護(hù)和安全自動裝置用電子標(biāo)簽技術(shù)規(guī)范
3. 方案概述
3.1. 變電站概況
設(shè)備基本概況
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序號 |
名稱 |
描述 |
數(shù)量 |
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1 |
高壓開關(guān)柜 |
2進(jìn)線柜+2電容柜+2PT柜+10饋線 |
16面 |
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2 |
干式變壓器 |
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2臺 |
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3 |
低壓開關(guān)柜 |
MNS3.0 |
12面 |
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4 |
直流屏 |
DC220V65AH |
1套 |
3.2. 方案設(shè)計(jì)概況
? 配電房運(yùn)行環(huán)境智能調(diào)控系統(tǒng)以“可編程擴(kuò)展、智能控制”為核心，通過原有保護(hù)裝置技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電房內(nèi)環(huán)境的全天候狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。
? 系統(tǒng)通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、行程傳感器對關(guān)鍵開關(guān)設(shè)備的導(dǎo)電特性、絕緣特性乃至機(jī)械特性進(jìn)行在線監(jiān)測，動態(tài)掌握關(guān)鍵設(shè)備的健康狀態(tài)。并根據(jù)特性趨勢分析了解關(guān)鍵設(shè)備的壽命預(yù)測。
? 系統(tǒng)通過無線無源溫度傳感器、局放傳感器、振動傳感器以及電流傳感器對配電變壓器外殼溫度、鐵芯溫度、局放、振動、鐵芯接地電流等進(jìn)行在線監(jiān)測動態(tài)掌握變壓器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行趨勢預(yù)警，支持智能運(yùn)維。
? 遙信遙測功能：遙信，采集配電網(wǎng)的各種開關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，通過配電網(wǎng)的信道送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)；遙測，采集配電網(wǎng)的各種電能（如電流、電壓、用戶負(fù)荷、電度等）的實(shí)時(shí)數(shù)值，通過配電網(wǎng)的信道送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)；
? 系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)通信為紐帶，完成站端音視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，并將以上信息遠(yuǎn)傳到監(jiān)控中心。
? 系統(tǒng)可把環(huán)境、視頻、通風(fēng)、照明、安全防范、消防、一次設(shè)備輔助監(jiān)控等所有監(jiān)控量在監(jiān)控系統(tǒng)主界面上進(jìn)行一體化顯示和控制。
? 系統(tǒng)可以設(shè)置內(nèi)部的環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控、空調(diào)及設(shè)備聯(lián)動等各子系統(tǒng)之間進(jìn)行聯(lián)動，并可以根據(jù)現(xiàn)場需求，完成自動的閉環(huán)控制和告警，如自動啟動/關(guān)閉空調(diào)、自動啟動/關(guān)閉風(fēng)機(jī)、自動啟動/關(guān)閉排水系統(tǒng)等。
? 系統(tǒng)所有操作以及報(bào)警確認(rèn)，都保留詳細(xì)的日志并生成相應(yīng)報(bào)表。
4. 系統(tǒng)功能
4.1系統(tǒng)框架
SPM-500智能互聯(lián)配電運(yùn)維管理平臺系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如下圖：
4.2系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)集成了電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)和配電運(yùn)維系統(tǒng)管理平臺，如下：
4.2.1電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)：
? 開關(guān)柜狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)（局放、弧光保護(hù)、溫度、機(jī)械特性等）；
? 變壓器狀態(tài)在線監(jiān)測子系統(tǒng)（局放、溫度、鐵芯、振動、風(fēng)機(jī)等）；
? 智能配用電終端監(jiān)測子系統(tǒng)；
4.2.2 運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)：
? 環(huán)境監(jiān)測聯(lián)動控制子系統(tǒng)（溫濕度、水浸、SF6/O2氣體等傳感，空調(diào)、風(fēng)機(jī)等聯(lián)動）；
? 安防監(jiān)控子系統(tǒng)（紅外探測，門禁）；
? 消防監(jiān)測子系統(tǒng)（煙感、明火探測、聲光告警）
? 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（槍機(jī)攝像頭、球機(jī)攝像頭）；
4.2.3、配電運(yùn)維系統(tǒng)管理平臺：
? 信息通訊采集處理、存儲、展示；
? 電氣設(shè)備狀態(tài)評估；
? 專家在線自動診斷；
? 設(shè)備臺賬管理；
? 運(yùn)維工單管理；
? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理；
4.3系統(tǒng)管理主界面
4.4電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)功能簡述
4.4.1 傳統(tǒng)SCADA數(shù)據(jù)采集監(jiān)視功能
對于舊站改造項(xiàng)目，可通過開關(guān)柜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或模塊單元輸出RS485采集信號，與SED-500FM裝置通信，后臺軟件實(shí)時(shí)采集各種信號量狀態(tài)遙測遙信數(shù)據(jù)，包括動力配電柜、高壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測預(yù)警，以及各種設(shè)備的供電情況的監(jiān)視。
對于新建配電室/變電房，該系統(tǒng)可集成開關(guān)柜保護(hù)功能或智能環(huán)網(wǎng)柜DTU在線監(jiān)測系統(tǒng)功能，可支持完成配電室高壓開關(guān)柜、動力配電柜的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載參數(shù)等數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測預(yù)警，包括電壓、電流、有功、無功等，以及各種設(shè)備的供電情況的監(jiān)視。
4.4.2 開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)
1）開關(guān)柜無線無源溫度在線監(jiān)測：
開關(guān)柜的內(nèi)部過熱現(xiàn)象已成為開關(guān)柜使用中的常見問題，由于開關(guān)柜體的密閉性，在一些負(fù)荷較重的地區(qū)，存在開關(guān)柜的溫升超標(biāo)問題。開關(guān)柜的溫升超標(biāo)，直接影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且，過熱問題是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，如果不加以控制，過熱程度會不斷加劇，并對絕緣件的性能及設(shè)備壽命產(chǎn)生很大的影響。因此需要對開關(guān)柜溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，了解開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)。
對開關(guān)的觸頭、電纜連接、母排連接等主要連接處溫升監(jiān)測，可診斷電器設(shè)備導(dǎo)電性能是否完好，提前發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電體表面氧化、老化、接觸不良等問題；實(shí)時(shí)溫度、歷史曲線，如果出現(xiàn)超溫情況，可以快速定位并及時(shí)通知相關(guān)人員。
無溫度傳感器參數(shù)如下表所示：
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工作環(huán)境 |
-25～125℃, ≤95%RH |
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工作頻段 |
433MHz |
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發(fā)射功率 |
<10dbm |
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傳輸距離 |
≥150m |
視距，實(shí)際情況據(jù)現(xiàn)場條件而定 |
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測溫方式 |
接觸式 |
體積輕小，優(yōu)先安裝動觸頭 |
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測溫范圍 |
-25～+125℃ |
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測量精度 |
±0.5℃ |
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測量間隔 |
5S |
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發(fā)送間隔 |
10～60S |
溫度越高發(fā)送間隔越短 |
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休眠功耗 |
<3.0uA |
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發(fā)射功耗 |
<15mA |
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供電方式 |
自取能，無線 |
一次回路電流≥5A |
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使用壽命 |
10年 |
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可維護(hù)性 |
后期基本免維護(hù) |
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防護(hù)等級 |
IP68 |
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外形尺寸 |
27×22×10mm |
傳感器主體尺寸 |
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安裝方式 |
環(huán)繞固定式 |
可安裝動、靜觸頭以及母排、電纜進(jìn)出線 |
2）機(jī)械特性在線監(jiān)測：
由于潮濕，塵污等惡劣的環(huán)境影響，開關(guān)機(jī)構(gòu)的零部件易銹蝕，卡澀，引起機(jī)械性能異常，例如脫扣器卡滯，傳動部件不靈活，分合閘速度降低，分合閘時(shí)間異常等，造成拒分，拒合，合閘不到位，分閘不到位等故障與缺陷，尤其是現(xiàn)在保護(hù)級差的縮小，對開關(guān)分合閘時(shí)間的長短及分散性提出了更高的要求，因此，實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備及其機(jī)構(gòu)包括分合閘線圈的特性監(jiān)測，從而預(yù)測開關(guān)的機(jī)械故障及機(jī)械壽命是必要的。
以往的接觸式傳感器必須同軸安裝，否則傳感器的可靠性及壽命將大大降低，更有甚者會損壞傳感器，直接影響監(jiān)測的結(jié)果。本項(xiàng)目應(yīng)采用無接觸式安裝的方式，克服了機(jī)械特性傳感器在機(jī)構(gòu)中安裝的困難，
采用基于一二次融合技術(shù)的智能終端，即可實(shí)現(xiàn)對分合閘線圈的電流波形、儲能電機(jī)電流波形及負(fù)荷開關(guān)電動操作機(jī)構(gòu)電流波形的監(jiān)測，并通過知識庫及故障庫實(shí)現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的機(jī)械性能狀態(tài)及機(jī)械壽命的評價(jià)。
位移傳感器參數(shù)如下表所示：
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供電電源 |
9-24V |
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功 耗 |
不大于0.5W |
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分 辨 率 |
±0.05° |
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采樣頻率 |
5kHz |
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記錄長度 |
200ms（可調(diào)） |
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數(shù)據(jù)格式 |
位移曲線，comtrade格式 |
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工作溫度 |
-40~80℃ |
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存貯溫度 |
-40~120℃ |
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測量方式 |
非接觸式 |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
19200 |
3）局放在線監(jiān)測：
配電設(shè)備中開關(guān)柜數(shù)量多，而人員基本保持了零增長，造成每年人均維護(hù)工作量大，維護(hù)成本不斷攀升。傳統(tǒng)試驗(yàn)手段不利于發(fā)現(xiàn)局部微小缺陷和隱患，且?guī)淼墓╇娍煽啃詥栴}凸出。傳統(tǒng)的開關(guān)柜局部放電帶電監(jiān)測手段，以離線式開關(guān)柜局放監(jiān)測儀為主，受開關(guān)柜負(fù)荷變化的影響，在缺陷的早期階段，故障的檢出率不高。
開關(guān)柜局放在線監(jiān)測裝置，對開關(guān)柜局放實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜局放的狀態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。
通過聲音/超聲波聯(lián)合檢測，利用聲納技術(shù)，采用先進(jìn)的音頻識別算法，監(jiān)測電氣設(shè)備的局放特性，定性判別設(shè)備的絕緣狀態(tài)，提前預(yù)警。
功能參數(shù)
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使用環(huán)境溫度 |
-40～＋85℃； |
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供電電源 |
9-12V |
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功 耗 |
不大于1W |
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通信方式 |
RS485 |
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波特率 |
9600 |
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信號調(diào)理 |
前置放大，硬件濾波 |
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檢測靈敏度 |
-75dBm ～-15dBm。 |
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放大倍數(shù) |
2000 |
支持開關(guān)柜不掉電安裝
采用磁鐵直接吸附在開關(guān)柜表面；
4.5一體化信息管理軟件平臺簡述
后臺建模：
主功能界面-間隔數(shù)據(jù)顯示視圖
主功能界面-特性曲線
主功能界面-告警信息
主功能界面-數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表
5. 典型配置
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名稱 |
項(xiàng)目范圍 |
備注 |
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配電室環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng) |
溫度、濕度監(jiān)測 |
環(huán)境量監(jiān)測 |
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煙感監(jiān)測 |
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電纜溝水浸監(jiān)測 |
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紅外探測 |
安全防護(hù)監(jiān)測 |
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小動物探測 |
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配電房門禁 |
智能門禁 |
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空調(diào)聯(lián)動 |
設(shè)備聯(lián)動 |
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風(fēng)機(jī)控制 |
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燈光控制 |
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攝像球機(jī)、槍式攝像頭視頻監(jiān)控 |
視頻監(jiān)控 |
關(guān)鍵電氣
設(shè)備開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng) |
電壓/電流/有功/無功監(jiān)測 |
電氣設(shè)備主參量遙測遙信 |
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主觸頭/電纜連接處/母排連接處溫升監(jiān)測 |
導(dǎo)電特性監(jiān)測 |
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開關(guān)柜/環(huán)網(wǎng)柜/配電柜局放監(jiān)測 |
絕緣特性監(jiān)測 |
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開關(guān)柜/環(huán)網(wǎng)柜/配電柜弧光保護(hù)監(jiān)測 |
絕緣特性監(jiān)測 |
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高壓斷路器分合閘線圈電流/行程/儲能電機(jī)監(jiān)測 |
機(jī)械特性監(jiān)測 |
6. 項(xiàng)目施工方案
6.1 無線溫度傳感器安裝方案
6.1.1產(chǎn)品外觀：
無源無線溫度傳感器廣泛應(yīng)用于高低壓開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜接頭、干式變壓器、低壓大電流柜等電氣設(shè)備的溫度在線監(jiān)測；我公司無源無線溫度傳感器避免使用電池所帶來的局限，體積小巧，僅相當(dāng)于傳統(tǒng)傳感器的一顆電池大小，可以安裝在動觸頭等狹小的空間內(nèi)，所以優(yōu)先推薦安裝動觸頭。
5.1.2通過對工程實(shí)際情況的了解，確定傳感器安裝主要安裝開關(guān)柜動觸頭位置。
5.1.3傳感器安裝采用自取電式，通過特殊合金帶將傳感器固定于需測溫節(jié)點(diǎn)的就近位置，并保證傳感器感溫部位與被檢測部位表面充分接觸以保證測溫效果。
5.1.4嚴(yán)格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應(yīng)電壓等級的最低安全間隙。
6.2 機(jī)械特性傳感器安裝方案
6.2.1行程傳感器采用非接觸式角位移傳感器，無需精確安裝，無需改動一次設(shè)備。斷路器器機(jī)械特性行程傳感器安裝于進(jìn)出線等關(guān)鍵高壓開關(guān)柜斷路器上，通過特殊航空插引至開關(guān)柜二次室與SIM終端處理器連接。
6.2.2分合閘脫扣器/儲能電機(jī)電流采集采用定制霍爾傳感器，無需改變原有控制回路。裝于開關(guān)柜二次室。
6.2.3局放傳感器安裝于高壓柜電纜室/斷路器室等關(guān)鍵部位柜壁上，嚴(yán)格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應(yīng)電壓等級的最低安全間隙。
