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一、系統(tǒng)方案簡介
1.1 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
電力系統(tǒng)的一次電氣設(shè)備一般由斷路器、變壓器、電纜、母線、開關(guān)柜等電氣設(shè)備組成。其相互之間由母線、引線、電纜等連接,由于電流流過產(chǎn)生熱量，所以幾乎所有的電氣故障都會導(dǎo)致故障點(diǎn)溫度的變化。例如在發(fā)電廠中電纜接頭、電纜中間連接處、高壓電纜的局部放電、高壓開關(guān)柜的動靜觸頭及其他連接處、低壓電氣連接處等位置過熱是大型事故的征兆,也是電廠事故多發(fā)的重災(zāi)區(qū)。
多年來由于技術(shù)水平的限制使電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平受到一定限制，雖然我們曾利用紅外測溫儀、紅外成像儀、感溫電纜、傳統(tǒng)的點(diǎn)式測溫系統(tǒng)希望解決上述問題，但都無法實現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)如斷路器、刀閘聯(lián)接點(diǎn)和觸頭測溫。對全封閉金屬鎧裝柜更是無能為力，光纖光柵感溫故障監(jiān)控系統(tǒng)徹底地解決了這一疑難雜癥，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)一次運(yùn)行設(shè)備的實時在線檢測，通過對設(shè)備實時數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測，防止事故的發(fā)生，真正地作到防患于未然。其次也為今后實現(xiàn)狀態(tài)檢修，提高檢修效率，大大降低檢修成本和管理成本起到關(guān)鍵的作用。
目前，國內(nèi)電力測溫主要應(yīng)用紅外點(diǎn)測儀和光纖測溫儀，而在線方式由于無法解決高壓絕緣問題，所以高壓開關(guān)的觸點(diǎn)等空間有限的電氣設(shè)備基本上都是處于完全無監(jiān)控的狀態(tài)下運(yùn)行，而高等級的變電站存在著兩大隱患，一個是電壓等級高，一個是覆蓋面積大，因此，隨著無線測溫技術(shù)的發(fā)展，在電力測溫系統(tǒng)也逐漸為人們所認(rèn)可，尤其是近年來，無線測溫系統(tǒng)被多家電廠和供電公司使用。保定國電中科電氣有限公司開發(fā)的無線測溫測溫系統(tǒng)，不僅保持了原有無線測溫的優(yōu)點(diǎn)，而且更大大的提高了測溫定位性，縮小了測溫周期。而且吸取光纖測溫串聯(lián)方式的系統(tǒng)穩(wěn)定性低的教訓(xùn)，解決了防污閃問題，而且由于采用無線信號傳輸，不存在電磁干擾和定期維護(hù)問題，可以長期免維護(hù)可靠運(yùn)行，完全符合變電站無人值守的需求。
1.2 電力設(shè)備溫度監(jiān)控的意義和必要性
現(xiàn)代工業(yè)中，工作溫度的升降反映了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和許多物理特征的變化，工業(yè)設(shè)備運(yùn)行異常或故障通常表現(xiàn)出溫度的異常變化。因此工業(yè)設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測是設(shè)備安全監(jiān)控最為有效、最為經(jīng)濟(jì)的手段，對設(shè)備的安全運(yùn)行具有重大意義。隨著無線測溫傳感器技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于ZIGEEB原理的無線測溫系統(tǒng)是目前世界上最先進(jìn)、最有效的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，特別是在電力系統(tǒng)、石油化工、交通運(yùn)輸、工業(yè)消防等領(lǐng)域。
高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)控
高壓開關(guān)柜的在線實時溫度監(jiān)控，是開關(guān)柜安全的重要保障。
開關(guān)柜內(nèi)部觸頭接觸不良、插接偏心不正等原因?qū)е逻^熱，以致起弧燒壞設(shè)備。高壓電纜接頭、連接器導(dǎo)體部分接觸不良引起異常過熱，加速絕緣老化導(dǎo)致?lián)舸@是高壓開關(guān)柜的主要故障形式。通過對開關(guān)柜內(nèi)溫度連續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)故障的早期報警，當(dāng)發(fā)生故障時，提供及時報警并指明故障點(diǎn)位置，并提供故障分析的詳盡監(jiān)測數(shù)據(jù)。可以保證開關(guān)柜的安全可靠運(yùn)行。
電力電纜溫度監(jiān)測
電力電纜的在線實時溫度檢測，具有重大現(xiàn)實意義：
運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測:有效監(jiān)測電纜在不同負(fù)載和不同環(huán)境溫度下的發(fā)熱狀態(tài)，積累歷史技術(shù)數(shù)據(jù)；
載流量限度分析，可以保證在不超過電纜允許運(yùn)行溫度的情況下，最大限度的發(fā)揮電纜的傳輸能力、提高經(jīng)濟(jì)效益；
老化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)電纜上的局部過熱點(diǎn)，及時采取降溫措施，延緩電纜老化速度；
實時故障監(jiān)測預(yù)警，發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行過程中外界因素導(dǎo)致的破壞；
電纜溝內(nèi)火情監(jiān)測與報警；
電纜接頭、電纜終端的溫度監(jiān)測與報警。
發(fā)電廠、大型冶金企業(yè)電纜溝防火及火情監(jiān)測
電纜溝防火直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)電力事故分析，由于電纜故障引發(fā)的火災(zāi)事故占相當(dāng)大比例�；馂�(zāi)一旦發(fā)生，會導(dǎo)致大面積電纜壞毀，機(jī)組被迫停機(jī)，造成重大直接經(jīng)濟(jì)損失。實時溫度檢測可以提前預(yù)警，以便及時采用有效措施。
傳統(tǒng)的測溫方法是將某些點(diǎn)式溫度傳感器安裝在電纜溝的重要部位，用光纜進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)傳送，其優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)，但存在安裝繁瑣，抗電磁干擾能力低，監(jiān)測不完整等缺點(diǎn)。另一種方法是采用感溫電纜，一般只能在固定的溫度值報警、誤差大、難以準(zhǔn)確定位。
大型電力變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、互感器、電力電容內(nèi)部/表面、母線溫度監(jiān)測
根據(jù)變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、互感器、電力電容的溫度監(jiān)測要求，在設(shè)備內(nèi)部或表面布設(shè)光纖光柵傳感器，實現(xiàn)溫度實時監(jiān)控。
變電站、發(fā)電廠母線的溫度監(jiān)測。
（1）絕緣耐壓性：在電力系統(tǒng)尤其是高壓和超高壓系統(tǒng)中使用的設(shè)備，首先要滿足絕緣耐壓的要求，即不能降低原有設(shè)備的電壓等級和安全特性，基于無線一二次隔離原理的RCTM2-6無線測溫在線監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測現(xiàn)場為實時測量，完全滿足高壓開關(guān)柜內(nèi)的絕緣耐壓要求，通過了國家電科院檢驗中心的工頻耐壓檢測。
（2）防污閃：在高壓開關(guān)柜這樣的有限空間內(nèi)，如何保證足夠的爬電距離是該系統(tǒng)能否保證原有系統(tǒng)安全的一大關(guān)鍵。無線溫度傳感器采用耐污性能優(yōu)良的耐高溫橡膠外套進(jìn)行隔離，從而保證了系統(tǒng)的安全性。
（3）實時探測報警能力：傳統(tǒng)光纖測溫方式，如測溫點(diǎn)在40點(diǎn)到100點(diǎn)之間，則測溫周期在幾分鐘到半小時之間。采用新型的無線測溫系統(tǒng)，全部測點(diǎn)測溫周期小于50毫秒，充分的保證報警的及時性，同時由于測溫周期短，可以在報警系統(tǒng)中引入溫升趨勢報警，提高了報警的可靠性和前瞻性，提高電力設(shè)備的安全性。
（4）系統(tǒng)穩(wěn)定性：傳統(tǒng)的測溫方式由于包含的環(huán)節(jié)多，因此出故障的環(huán)節(jié)也比較多；而無線測溫系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)簡單，只有無線溫度傳感器和無線測溫主機(jī)兩大主要部分組成，因此無中間環(huán)節(jié)，而測量現(xiàn)場為無線測量傳輸，完全不受強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場的干擾，保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
（5）高可靠性：無線測溫系統(tǒng)與傳統(tǒng)測溫方式相比有無誤報、無漏報的特點(diǎn)。另外，無線測溫傳感器的加工方式采用整體澆鑄的方式，因此，一旦產(chǎn)品完成后，除非破壞不會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，所以不需要向傳統(tǒng)的紅外測溫系統(tǒng)那樣，定期進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，從而非常方便于維護(hù)。
某變電站無線測溫方案
2009年5月，由保定國電中科電氣科技有限公司生產(chǎn)的無線測溫系統(tǒng)在某變電站得到了應(yīng)用，該變電站10kV、35kV開關(guān)室共計20面35kV開關(guān)柜和19面10kV開關(guān)柜，通過在每面開關(guān)柜的6個靜觸頭設(shè)置無線溫度傳感器，實現(xiàn)對31面開關(guān)柜觸頭溫度變化實時在線監(jiān)測。該系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：186只QST200光纖光柵溫度傳感器、1臺RCTM2-6主機(jī)、1臺工業(yè)控制主機(jī)和1臺后臺工作站。
安裝在每面開關(guān)柜內(nèi)的6只無線溫度傳感器通過1只RCTM2-6主機(jī)，引出到485總線到后臺管理機(jī)。
RCTM2-6主機(jī)放置在開關(guān)柜二次室，通過485總線實現(xiàn)對10kV、35kV開關(guān)室內(nèi)120只無線溫度傳感器溫度數(shù)據(jù)的實時采集，溫度采集頻率可通過軟件設(shè)定。“無線溫度在線測溫分析軟件V1.0”實現(xiàn)所有測溫數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲及自動報警，該軟件支持測溫信息電子地圖顯示、運(yùn)行日志查詢、報表打印、多條件報警設(shè)定（高溫預(yù)警、高溫報警、溫升速率報警、區(qū)域溫差報警等），一旦開關(guān)柜靜觸頭出現(xiàn)過溫過熱，可自動控制聲光報警器動作，并將相應(yīng)的開關(guān)柜過溫過熱報警信息自動發(fā)送到管理人員的手機(jī)上。
通信室與主控制室通過內(nèi)部局域網(wǎng)連接，放置在通信室的后臺工作站可查看到開關(guān)室內(nèi)20面開關(guān)柜觸頭溫度的運(yùn)行狀態(tài)，包括當(dāng)前溫度、實時溫度曲線、歷史溫度曲線、在線測溫系統(tǒng)的運(yùn)行日志和管理維護(hù)信息。
目前，該系統(tǒng)已經(jīng)正常運(yùn)行了2年時間，并已經(jīng)成功監(jiān)測到9次因開關(guān)柜動觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)接觸不良而引起的溫度異常波動，并發(fā)出了報警信息。故障處理后，系統(tǒng)顯示該測點(diǎn)溫度恢復(fù)正常。本系統(tǒng)經(jīng)受住了變電所實際環(huán)境的考驗，實踐證明其具備長期穩(wěn)定的性能，能準(zhǔn)確監(jiān)測電力開關(guān)柜內(nèi)溫度的變化情況，減少了變電站中因故障造成的損失。系統(tǒng)可與站內(nèi)的管理網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)信息的共享，提高了變電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
二、產(chǎn)品詳細(xì)介紹
1）、 系統(tǒng)概述
電力系統(tǒng)正向著大電網(wǎng)高可靠性、高自動化水平的方向迅猛發(fā)展。對電網(wǎng)運(yùn)行自動化、智能化的監(jiān)控水平已成為國內(nèi)外高度重視的關(guān)鍵問題。隨著社會用電量的日益增加，承載著大負(fù)荷輸送任務(wù)的高壓電氣設(shè)備如變壓器、互感器、高壓開關(guān)柜、室外刀閘等電力負(fù)載也在迅速增加。電網(wǎng)中眾多高壓電氣設(shè)備本身、設(shè)備之間的聯(lián)接點(diǎn)是電力輸送最薄弱環(huán)節(jié)，這個薄弱環(huán)節(jié)的實質(zhì)問題就是聯(lián)接點(diǎn)發(fā)熱。隨著負(fù)荷的增大，導(dǎo)致聯(lián)接點(diǎn)發(fā)熱并形成惡性循環(huán)：溫升、膨脹、收縮、氧化、電阻增大、再度升溫直至釀成事故。因此，電力系統(tǒng)不惜人力、財力，采取多種措施監(jiān)測高壓聯(lián)接點(diǎn)的溫升。據(jù)國家電力安全事故通報統(tǒng)計，我國每年僅發(fā)生在電站的電力事故，40%是由高壓電氣設(shè)備過熱所致。因此監(jiān)測高壓設(shè)備聯(lián)接點(diǎn)溫升是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵，實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證高壓設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。
RCTM2-6無線測溫系統(tǒng)是專門設(shè)計用于高壓帶電體的運(yùn)行溫度實時監(jiān)測，該系統(tǒng)采用前沿的ZigBee組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計，實現(xiàn)了高壓帶電體溫度遠(yuǎn)距離遙測。本產(chǎn)品密封性能良好，室內(nèi)外均可安全使用。系統(tǒng)具有低功耗、等電位測量、數(shù)據(jù)無線傳輸、精度高、響應(yīng)速度快、操作靈活、組網(wǎng)方便等優(yōu)勢。
2）、技術(shù)參數(shù)
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技術(shù)參數(shù)
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供電電源
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AC/DC220V
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頻段
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2.4-2.483GHz
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通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)
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IEEE 802.15.4
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溫度傳感方式
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ZIGBEE無線傳輸
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測溫方式
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數(shù)字溫度傳感器直接接觸測溫
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測溫通道
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單機(jī)標(biāo)配6個無線溫度傳感器；最多支持254個溫度傳感器
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儀表工作環(huán)境溫度
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-40℃~250℃
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儀表工作環(huán)境溫度
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≤95%RH
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電池使用壽命
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5年
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通訊接口
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RS-485（光電隔離）
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無線溫度傳感器與接受裝置間距離
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50-200米(考慮環(huán)境因素)
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RS-485通訊距離
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<200米
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溫度測量范圍
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-20～125℃
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溫度傳感器精度
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±0.05
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分辨率
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±0.5℃
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傳感器耐受溫度
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300℃
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安裝方式
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嵌入式盤裝
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3）、系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)由測溫裝置和溫度分析組態(tài)軟件兩部分構(gòu)成
本產(chǎn)品采用先進(jìn)的數(shù)字感溫電子元件與無線傳輸方式相結(jié)合。將溫度傳感器緊貼到高壓設(shè)備、母線或電纜接點(diǎn)、斷路器觸頭等位置，安裝快捷方便，直接測量溫度。利用2.4G的zigbee射頻技術(shù)傳遞溫度信息，實現(xiàn)了傳感器和被測點(diǎn)等電位，安全可靠。傳感器由高能鋰電池供電，壽命長達(dá)5年（正常工況）。監(jiān)測儀配有液晶顯示器實時顯示所有被測點(diǎn)溫度，超溫告警時有常開和常閉兩組信號節(jié)點(diǎn)輸出（定制）。裝置具有標(biāo)準(zhǔn)RS485串行通信口，可直接與上位計算機(jī)相聯(lián)組成本地溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。還可以通過局域網(wǎng)或GPRS移動通信網(wǎng)將所有數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控中心，組成大范圍的遠(yuǎn)方溫度監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。并提供上位機(jī)接收、存儲、打印、數(shù)據(jù)分析程序軟件。也可以通過綜自將數(shù)據(jù)上傳。
我公司生產(chǎn)的RCTM2-6無線測溫系統(tǒng)是基于目前最先進(jìn)的ZigBee技術(shù)的無線測溫系統(tǒng)。射頻標(biāo)準(zhǔn)符合IEEE802.15.4。使用2.4G的免申請頻段。直接序列擴(kuò)頻（DSSS），采用AES128加密標(biāo)準(zhǔn)，抗干擾能力更強(qiáng)。極低的傳輸功率保證了電池的最長使用壽命。無障礙最遠(yuǎn)傳輸距離為300米。傳輸速率為250kbps。整個系統(tǒng)由無線溫度傳感器、監(jiān)測裝置（接收裝置）和后臺監(jiān)控組成。
溫度傳感器由感溫元件、MCU和RF收發(fā)模塊組成，完成測量溫度和數(shù)據(jù)發(fā)送的功能。溫度傳感器安裝在斷路器的動觸頭或靜觸頭、母排、電纜連接處等高壓開關(guān)柜內(nèi)的任何位置，安裝時可用高溫尼龍扎帶或采用導(dǎo)熱膠粘結(jié)等方法將其固定。溫度傳感器到監(jiān)測裝置為無線數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)測裝置由MCU、RF收發(fā)模塊、RS485口等組成，完成數(shù)據(jù)接收、顯示、上傳和報警等功能。
每個開關(guān)柜配1套監(jiān)測裝置，一套監(jiān)測裝置可帶1至18個溫度傳感器，超溫時有報警節(jié)點(diǎn)（定制）輸出。每個站最多可接128套監(jiān)測裝置。
監(jiān)測裝置可通過標(biāo)準(zhǔn)RS485口將數(shù)據(jù)傳至當(dāng)?shù)刂骺厥液笈_計算機(jī)，計算機(jī)安裝單機(jī)版分析監(jiān)測軟件。對于無人置守的變電站，可將數(shù)據(jù)傳至局服務(wù)器，服務(wù)器安裝網(wǎng)絡(luò)版分析監(jiān)測軟件。
4）、后臺智能管理系統(tǒng)軟件功能
系統(tǒng)監(jiān)測管理軟件用來實現(xiàn)相關(guān)的操作和監(jiān)測，并可靈活定義軟件功能。上位機(jī)軟件具有一下基本功能：
1. 設(shè)備登陸密碼分級管理功能。
2. 系統(tǒng)提供電力系統(tǒng)元件的繪制功能，能夠方便的繪制變電站的系統(tǒng)主接線示意圖，并對應(yīng)各監(jiān)測點(diǎn)。
3. 系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程設(shè)備管理功能（包括遠(yuǎn)程更改設(shè)備地址、遠(yuǎn)程更改溫度門限、遠(yuǎn)程更改設(shè)備接收溫度傳感器的數(shù)量及遠(yuǎn)程對系統(tǒng)運(yùn)行工況的診斷等）。
4. 系統(tǒng)提供溫度變化率和溫度越限報警。
5. 系統(tǒng)提供多種圖形方式下的歷史數(shù)據(jù)趨勢分析，分析圖可以保存。
6. 系統(tǒng)具有表格輸出功能：輸出內(nèi)容包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及報表、設(shè)備參數(shù)表、報警點(diǎn)一覽表等等，并可保存。
7. 系統(tǒng)提供靈活的打印功能。
8. 系統(tǒng)提供短信報警功能。（選配）
9. 系統(tǒng)具備自檢功能。
1．主界面：
具有直接顯示實時溫度數(shù)據(jù)功能。保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可靠性，和實時性
2．報警功能
如監(jiān)測點(diǎn)出現(xiàn)報警，將自動彈出報警界面。
系統(tǒng)提供聲、光報警，此時越限監(jiān)測點(diǎn)紅色或黃色顯示，同時彈出事件列表，出現(xiàn)閃爍的報警提示。
3．歷史事件功能
系統(tǒng)提供歷史事件的查詢和管理界面。
4．趨勢圖功能：
可查詢某個時間段的歷史數(shù)據(jù)，并繪制曲線，以圖形化的方式反映狀態(tài)量的變化情況
5．統(tǒng)計報表功能
報表統(tǒng)計類型分為日統(tǒng)計、月統(tǒng)計和年統(tǒng)計。
5）、應(yīng)用范圍
本系統(tǒng)主要應(yīng)用于監(jiān)測電網(wǎng)中高壓電器設(shè)備易發(fā)熱部件：
1.10KV、35KV高壓開關(guān)柜的動靜觸頭及柜內(nèi)各種接點(diǎn)溫度的在線監(jiān)測；
2.地下電纜溝內(nèi)的高壓電纜接頭及其他高壓易發(fā)熱部位溫度的在線監(jiān)測；
3.電站主變溫度在線監(jiān)測；
4.發(fā)電廠變電設(shè)備和電纜溝內(nèi)電纜接頭溫度的在線監(jiān)測。
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