淺談插接母線溫度在線監測系統研究與應用

     在工廠供配電系統中，電能傳輸和電力輸送靠架空導線或電纜進行，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勢，因其通過表面的鋁制材質散熱較好，應用越來越廣泛。

 

     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），動力人員檢修時登高存在重大的安全隱患；因受限于空間，點檢作業時間較長（維護時間增至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關，由無線網關經通信基站傳輸信號至監控后臺建立的插接母線溫度監控系統，對母線故障的監測和診斷具有重要意義。

 

     封閉式母線系統是一個高效輸送電流的配電裝置，其內部是A、B、C三相導電排、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、變容節等，靠表面環繞絕緣材質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，尤其適用于較大規模工廠經濟選擇配電形式的要求。其常用規格適用于交電流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。它可制成每隔一段距離設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、變容節等組成。通常母線處于長期帶電和全封閉狀態。目前母線負荷較高，溫升較明顯，插接箱和連接器作為連接電源點部位，常因安裝原因導致溫度過高燒壞插接口甚至局部出現短路。日常靠熱成像儀測溫并不具備高時效性，因此設計了母線溫度監測系統對母線連接部位的溫度進行監測，以此提高母線供電的可靠性。該設計采用了不同的溫度采集方式、數據傳輸網絡、報警系統，在一定程度上實現了溫度的實時監測、預警[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生熱能，其導體連續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信號傳輸至無線網關，無線網關至監控后臺通過光纖傳輸，建立一套插接母線測溫系統，實時測溫，異常時報警，提醒值班人員及時應對，服務于日常點檢以減少故障頻次。

     通過Rola建立無線通信系統（圖1），適用于車間復雜鋼結構形成的信號屏蔽。

圖1母線測溫系統通信拓撲圖

     后臺程序通常由很多組件組成。如果運行期發生接口調用性能下降情況，知道是哪些組件性能下降引起的。實時掌握所有接口的性能數據（圖2），問題便可迎刃而解。

圖 2 后臺監控曲線

     系統基于能源管理系統云端構架，通過建立WEB發布，將建立的溫度監控系統并入能源管理系統中，主要包含以下內容：

圖 3 系統構建

（1）工具：通信接口層主要負責與各類數據源的通信，可對其中的部分通信協議、規約轉換為標準通信協議，方便與數據庫鏈接。由通信協議模塊、轉換網關、數據采集模塊組成。

（2）數據存儲層：負責數據的集中處理，并將歷史數據等寫入關系數據庫中。

（3）應用層：為展示層模塊提供軟件支撐，包括統計分析、圖形服務、報表服務、計算服務、報警、打印服務和時間服務等。

（4）展示層：負責能源管理系統的WEB數據發布、應用展示等，提供與現有系統的數據接口。

     采用以上溫度監控數據分析技術，預測溫度趨勢及提前預警異常信息。在工業物聯網技術支持下，采用云端服務器存儲數據，實現數據冗余處理。經過測試，本系統性能穩定可靠，滿足母線溫升在線監測系統的要求，為實現母線溫升在線監測提供了一種非常有效的手段。

     自系統應用以來，已提前發現5次潛在故障隱患，處理后消除生產長停故障300min以上，同時也減少了日常點檢維護工時2000h/年，減少人力1人，同時能有效預測溫度趨勢變化，提前安排定期檢修計劃。因此，對母線溫升狀態的監測十分必要，并為以后其他工廠或行業提供了較好的應用案例。

     本項目實施，對比以往的母線溫度監控系統，采集溫度信號的通信線采用Modubus、TCP/IP等通信方式布線，施工時存在高空作業等安全風險大、施工周期長、問題出現時排查困難、經濟成本高、后期維護困難問題，故采用無線通信方式會逐漸適用于復雜工況的現場環境[7]。

 

5.1概述

     數據中心IT服務器配電傳統采用精密配電柜,占用空間較大,配電線纜多,新增設備不便,為了節省面積,智能小母線方案由于不占用機房面積、可按需靈活插拔,受到很多數據中心的青睞,被越來越多的應用。

     安科瑞智能母線監控產品分為交流和直流母線監控兩類,包括始端箱監測模塊、插接箱監測模塊以及觸摸屏,另外還可以搭配母線槽連接器紅外測溫模塊用于監測母線槽的運行溫度,確保母線槽配電安全。通過標準網線手拉手簡單組網,可以實現任意插接箱檢修或更換時不影響其他在線運行的插接箱的數據上傳通訊。

 

5.2 應用場所

適用于運營商、金融、政府、互聯網、企業等數據中心

 

5.3 系統結構

 

5.4 系統功能

1）實時監測

     在主頁點擊數據采集按鈕后,進入系統圖界面：此界面顯示了每個箱子的電壓。

   

 

2）基本參數界面

      顯示電壓、電流、功率、電能等電參數數據,在設備地址旁邊的輸入框輸入本箱子對應的儀表地址,即可實現對箱子中儀表數據的采集。

3）諧波數據

      通過點擊“箭頭"來左右切換2-63次諧波數據。

4）大需量

      顯示電壓、電流、功率的大需量的數值及發生時間。

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、根據選擇不同時間查詢電能值。

 

     隨著電氣自動化技術迅速發展，電氣設備逐步傾向于現場應用的便捷性、經濟性。電氣系統有著它的特點，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。機械壓鑄成型的外殼結構支撐強度高，使用壽命較長，為設備維護人員帶來極大的便利。

     本文設計的母線插接口及連接頭溫度在線監測系統，由無線網關經通信基站傳輸信號至監后臺控系統，對母線故障的監測和診斷具有重要意義。

 

[1]韋鐵權.插接母線溫度在線監測系統研究.

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

[3]A.K.GUPTA，黃程偉.確保大型電動機高質量的絕緣系統：設計和測試要求[J].國外大電機，2017（1）：22-24，29.

[4]AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理解決方案-樣本.

[5]數據中心解決方案樣本2022.04版