淺談插接母線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

摘要：低壓封閉式插接母線是供配電設(shè)施的關(guān)鍵部件，安裝在生產(chǎn)車間內(nèi)部高空，不易保養(yǎng)和維護(hù)，在安裝不良或保養(yǎng)不當(dāng)時(shí)易發(fā)生故障。插接點(diǎn)溫度的異常變化與母線故障的發(fā)生有著密切的關(guān)系，以汽車整車制造工廠為例，提出母線接頭監(jiān)測系統(tǒng)，具有測溫的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：插接母線；溫度；在線監(jiān)測；系統(tǒng)研究

在工廠供配電系統(tǒng)中，電能傳輸和電力輸送靠架空導(dǎo)線或電纜進(jìn)行，低壓配電電力傳輸承受較大的電流。在近距離的廠房大電流傳輸中，封閉式插接母線配電在工藝布局較緊湊的地方具有便捷的優(yōu)勢，因其通過表面的鋁制材質(zhì)散熱較好，應(yīng)用越來越廣泛。

某整車工廠各工程插接母線共86條，其中涂裝、沖壓車間有9條母線無檢修通道（和車間其他物事干涉無法制作），動力人員檢修時(shí)登高存在重大的安全隱患；因受限于空間，點(diǎn)檢作業(yè)時(shí)間較長（維護(hù)時(shí)間增至4960 h/年）。對此，可將溫度傳感器安裝到插接箱插爪部位，另一端由采集器采集溫度信息傳輸至無線網(wǎng)關(guān)，由無線網(wǎng)關(guān)經(jīng)通信基站傳輸信號至監(jiān)控后臺建立的插接母線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對母線故障的監(jiān)測和診斷具有重要意義。

封閉式母線系統(tǒng)是一個高效輸送電流的配電裝置，其內(nèi)部是A、B、C三相導(dǎo)電排、零線排及其表面附著絕緣材料，外部由散熱較好的鋁材封閉，附件包括終端箱、始端箱、固定式插接口、連接器、變?nèi)莨?jié)等，靠表面環(huán)繞絕緣材質(zhì)杜絕帶電體每相之間的絕緣安全間距不足問題，且避開了外部濕氣、灰塵的影響，尤其適用于較大規(guī)模工廠經(jīng)濟(jì)選擇配電形式的要求。其常用規(guī)格適用于交電流50 Hz，額定電壓400～1000V，額定電流500～4000A的三相五線制供配電系統(tǒng)。它可制成每隔一段距離設(shè)有固定式插接口的插接型封閉母線，也可制成中間不帶固定式插接口的饋電型封閉式母線[1]。

廣州XXX有限公司鄭州分公司采用的插接母線為L形垂直（水平）彎通母線，由母線、固定式插接口、插接箱、始端箱、終端箱、變?nèi)莨?jié)等組成。通常母線處于長期帶電和全封閉狀態(tài)。目前母線負(fù)荷較高，溫升較明顯，插接箱和連接器作為連接電源點(diǎn)部位，常因安裝原因?qū)е聹囟冗^高燒壞插接口甚至局部出現(xiàn)短路。日常靠熱成像儀測溫并不具備高時(shí)效性，因此設(shè)計(jì)了母線溫度監(jiān)測系統(tǒng)對母線連接部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測，以此提高母線供電的可靠性。該設(shè)計(jì)采用了不同的溫度采集方式、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、報(bào)警系統(tǒng)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警[2]。

母線表面、始端頭、終端頭、固定式插接箱、母線連接器等部位均在電能傳輸過程中產(chǎn)生熱能，其導(dǎo)體連續(xù)部位在使用過程中有很多局限性，尤其是插接箱連接母線部位的插爪易高溫，通過監(jiān)測插接箱插爪溫度就能把握母線溫度變化趨勢。為此，在插爪與母排連接部位安裝溫度傳感器，通過無線采集器將采集的溫度通過無線Rola信號傳輸至無線網(wǎng)關(guān)，無線網(wǎng)關(guān)至監(jiān)控后臺通過光纖傳輸，建立一套插接母線測溫系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測溫，異常時(shí)報(bào)警，提醒值班人員及時(shí)應(yīng)對，服務(wù)于日常點(diǎn)檢以減少故障頻次。

通過Rola建立無線通信系統(tǒng)（圖1），適用于車間復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)形成的信號屏蔽。

圖1母線測溫系統(tǒng)通信拓?fù)鋱D

后臺程序通常由很多組件組成。如果運(yùn)行期發(fā)生接口調(diào)用性能下降情況，知道是哪些組件性能下降引起的。實(shí)時(shí)掌握所有接口的性能數(shù)據(jù)（圖2），問題便可迎刃而解。

圖 2 后臺監(jiān)控曲線

系統(tǒng)基于能源管理系統(tǒng)云端構(gòu)架，通過建立WEB發(fā)布，將建立的溫度監(jiān)控系統(tǒng)并入能源管理系統(tǒng)中，主要包含以下內(nèi)容：

圖 3 系統(tǒng)構(gòu)建

（1）工具：通信接口層主要負(fù)責(zé)與各類數(shù)據(jù)源的通信，可對其中的部分通信協(xié)議、規(guī)約轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，方便與數(shù)據(jù)庫鏈接。由通信協(xié)議模塊、轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)采集模塊組成。

（2）數(shù)據(jù)存儲層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的集中處理，并將歷史數(shù)據(jù)等寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。

（3）應(yīng)用層：為展示層模塊提供軟件支撐，包括統(tǒng)計(jì)分析、圖形服務(wù)、報(bào)表服務(wù)、計(jì)算服務(wù)、報(bào)警、打印服務(wù)和時(shí)間服務(wù)等。

（4）展示層：負(fù)責(zé)能源管理系統(tǒng)的WEB數(shù)據(jù)發(fā)布、應(yīng)用展示等，提供與現(xiàn)有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口。

采用以上溫度監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析技術(shù)，預(yù)測溫度趨勢及提前預(yù)警異常信息。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，采用云端服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余處理。經(jīng)過測試，本系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，滿足母線溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求，為實(shí)現(xiàn)母線溫升在線監(jiān)測提供了一種非常有效的手段。

自系統(tǒng)應(yīng)用以來，已提前發(fā)現(xiàn)5次潛在故障隱患，處理后消除生產(chǎn)長停故障300min以上，同時(shí)也減少了日常點(diǎn)檢維護(hù)工時(shí)2000h/年，減少人力1人，同時(shí)能有效預(yù)測溫度趨勢變化，提前安排定期檢修計(jì)劃。因此，對母線溫升狀態(tài)的監(jiān)測十分必要，并為以后其他工廠或行業(yè)提供了較好的應(yīng)用案例。

本項(xiàng)目實(shí)施，對比以往的母線溫度監(jiān)控系統(tǒng)，采集溫度信號的通信線采用Modubus、TCP/IP等通信方式布線，施工時(shí)存在高空作業(yè)等安全風(fēng)險(xiǎn)大、施工周期長、問題出現(xiàn)時(shí)排查困難、經(jīng)濟(jì)成本高、后期維護(hù)困難問題，故采用無線通信方式會逐漸適用于復(fù)雜工況的現(xiàn)場環(huán)境[7]。

5.1概述

數(shù)據(jù)中心IT服務(wù)器配電傳統(tǒng)采用精密配電柜,占用空間較大,配電線纜多,新增設(shè)備不便,為了節(jié)省面積,智能小母線方案由于不占用機(jī)房面積、可按需靈活插拔,受到很多數(shù)據(jù)中心的青睞,被越來越多的應(yīng)用。

安科瑞智能母線監(jiān)控產(chǎn)品分為交流和直流母線監(jiān)控兩類,包括始端箱監(jiān)測模塊、插接箱監(jiān)測模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監(jiān)測母線槽的運(yùn)行溫度,確保母線槽配電安全。通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)線手拉手簡單組網(wǎng),可以實(shí)現(xiàn)任意插接箱檢修或更換時(shí)不影響其他在線運(yùn)行的插接箱的數(shù)據(jù)上傳通訊。

5.2 應(yīng)用場所

適用于運(yùn)營商、金融、政府、互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)等數(shù)據(jù)中心

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4 系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測

在主頁點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集按鈕后,進(jìn)入系統(tǒng)圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

 

2）基本參數(shù)界面

顯示電壓、電流、功率、電能等電參數(shù)數(shù)據(jù),在設(shè)備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應(yīng)的儀表地址,即可實(shí)現(xiàn)對箱子中儀表數(shù)據(jù)的采集。

3）諧波數(shù)據(jù)

通過點(diǎn)擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數(shù)據(jù)。

4）大需量

顯示電壓、電流、功率的大需量的數(shù)值及發(fā)生時(shí)間。

5）電能查詢

電能情況可以查詢上12月份的每個月用電量、上一年總用電量、本年已用電量、根據(jù)選擇不同時(shí)間查詢電能值。

6 系統(tǒng)硬件配置

隨著電氣自動化技術(shù)迅速發(fā)展，電氣設(shè)備逐步傾向于現(xiàn)場應(yīng)用的便捷性、經(jīng)濟(jì)性。電氣系統(tǒng)有著它的特點(diǎn)，封閉式插接母線能承受較高的電力載流量及載荷能力，且散熱良好。機(jī)械壓鑄成型的外殼結(jié)構(gòu)支撐強(qiáng)度高，使用壽命較長，為設(shè)備維護(hù)人員帶來極大的便利。

本文設(shè)計(jì)的母線插接口及連接頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，由無線網(wǎng)關(guān)經(jīng)通信基站傳輸信號至監(jiān)后臺控系統(tǒng)，對母線故障的監(jiān)測和診斷具有重要意義。

[1]韋鐵權(quán).插接母線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)研究.

[2]孫國霞，關(guān)向雨，金向朝，等.基于多場耦合計(jì)算的氣體絕緣開關(guān)設(shè)備母線接頭過熱性故障分析[J].高電壓技術(shù)，2014，40（11）：3445-3451.

[3]A.K.GUPTA，黃程偉.確保大型電動機(jī)高質(zhì)量的絕緣系統(tǒng)：設(shè)計(jì)和測試要求[J].國外大電機(jī)，2017（1）：22-24，29.

[4]AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理解決方案-樣本.

[5]數(shù)據(jù)中心解決方案樣本2022.04版

作者簡介

任運(yùn)業(yè),現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。