淺談無線測溫技術(shù)在鋼鐵行業(yè)余能發(fā)電廠的應(yīng)用

時間：2020-09-04作者：江蘇安科瑞電器制造有限公司瀏覽：83

摘要：介紹了寧波鋼鐵余能發(fā)電廠無線測溫技術(shù)在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。在國家要求各大企業(yè)大力推進智慧工廠&工業(yè)4.0物聯(lián)網(wǎng)的大環(huán)境條件下，為提高工廠設(shè)備的智能化水平，該廠在高壓電氣設(shè)備上加裝無線測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)為電廠長周期穩(wěn)定運行提供技術(shù)**，同時也節(jié)省了勞動力，體現(xiàn)其**性和必要性。

關(guān)鍵詞：智慧工廠 無線測溫 供電系統(tǒng)

1前言

在各國都大力推進工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的今天，我國工信部也及時推出了智慧工廠的概念，目的是要在工業(yè)領(lǐng)域大力推進**的自動化傳感技術(shù)在裝置上的應(yīng)用，大大提高工廠的生產(chǎn)率。因此對重要電氣設(shè)備加裝無線測溫系統(tǒng)可作為今后電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的一種重要手段。

2現(xiàn)狀分析

2.1電氣設(shè)備測溫的必要性

電力系統(tǒng)的發(fā)展將向高電壓、大容量發(fā)展，設(shè)備的輸送能力的不斷增加，電氣設(shè)備的溫升困擾電廠運行的問題將會突顯。設(shè)備溫度是現(xiàn)代電網(wǎng)表征一次輸電設(shè)備運行正常的一個重要參數(shù)，尤其是一次設(shè)備的開斷點和接觸點，其材料受環(huán)境污染、長期運行、**載運行、觸點氧化、電弧沖擊等原因影響在運行時會發(fā)熱，引起溫度不斷上升，給設(shè)備安全運行埋下了隱患。電力設(shè)備過熱的原因是多方面的，僅僅監(jiān)視電流不能準確反映設(shè)備是否**溫，因為溫度是各種因素影響的綜合反映。電力設(shè)備導(dǎo)電連接處、插接處的電接觸狀況不良是引起該處溫度過高的重要原因，即使在正常電流下也會**過允許溫度。因此電氣設(shè)備溫度的有效監(jiān)測十分必要。

2.2傳統(tǒng)測溫手段分析

2.2.1紅外測溫方式紅外測溫存在精度低、對溫度變化不敏感、易受光干擾和適用場合局限較大、只能人工操作的問題，而且紅外波不能穿過金屬和墻壁，故只能對設(shè)備表面看得見的地方溫度監(jiān)測，對設(shè)備內(nèi)部或者死角監(jiān)測不到。紅外成像儀和紅外點溫槍無法用來測量封閉運行的中高壓開關(guān)柜和其它電氣設(shè)備內(nèi)部溫度。

2.2.2光纖測溫方式光纖測溫可以用來測開關(guān)柜內(nèi)部溫度，但存在成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)試困難、安裝困難，須外加激光源的問題，因此很難推廣。且怕水，不耐磨，經(jīng)常拉斷，價格偏貴，故很少使用。

2.2.3測溫貼片方式因為高壓電氣開關(guān)柜運行時不能打開柜門，只能通過觀察測溫貼片變色深淺大致判斷發(fā)熱點溫度情況，對于重要的封閉的觸頭溫度無法直觀量化，只能現(xiàn)場確認和判斷。

3無線測溫技術(shù)分析

3.1系統(tǒng)組成及功能介紹

通過無線溫度傳感器的單片微處理器控制將被測設(shè)備溫度的無線信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過無線**接收模塊傳遞至無線接收儀，微處理器將采集到的溫度信息，通過存儲芯片送LCD顯示器顯示，然后將數(shù)據(jù)通過RS485或光纖，用Modbus開放協(xié)議上傳到上位機或接入其它自動化管理系統(tǒng)。無線測溫系統(tǒng)由三部分組成:溫度傳感器、溫度接收儀、后臺系統(tǒng)。

其拓撲結(jié)構(gòu)圖如下:







3.2測溫傳感器原理及功能

無線測溫傳感器采用CT取電，CT取電原理上沒有傳統(tǒng)電池供電的缺點，也*任何外部電源接線，因此采用CT取電的無源無線溫度傳感器較適用于電力系統(tǒng)。首先，取電線圈通過感應(yīng)磁芯感應(yīng)出線路中的電流，通過I/V轉(zhuǎn)換電路，將電流轉(zhuǎn)換為電壓，當電壓**過一定值時，電路中的過壓保護電路產(chǎn)生作用，將電高電壓限定在一定值范圍，再通過后級的穩(wěn)壓電路，給CPU和無線射頻模塊提供穩(wěn)定的工作電壓。**溫度探頭直接和監(jiān)測點接觸進行感溫，探頭的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換部分，將溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸出到MCU，MCU將該溫度信號通過射頻單元電路發(fā)送到無線溫度接收儀。測溫傳感器采用433MHz無線頻段通訊技術(shù)傳輸溫度信號，測溫傳感器與接收主機為無線通訊不需要任何接線確保任何絕緣安全問題。

由于每個傳感器安裝位置不同，報警閥值也不相同，可單獨設(shè)置每個傳感器的報警溫度值。在測量時間間隔內(nèi)溫度**過閥值可主動啟動**上傳，可單獨設(shè)置每只的報警溫度值;根據(jù)溫度變化，溫度變化≤2℃時，5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，溫度變化≥2℃時，1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

表1A-09-1型阿米特無線無源式溫度傳感器技術(shù)參數(shù)







3.3無線溫度接收儀

無線溫度接收儀可根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，安裝在開關(guān)室或控制室內(nèi)。主要工作原理為:交直流電源經(jīng)過防雷保護電路，經(jīng)過AC/DC電源電路轉(zhuǎn)換后給設(shè)備提供電源;MCU經(jīng)過射頻部分電路實時接收傳感器數(shù)據(jù)或者對各傳感器系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置，接收的溫度數(shù)據(jù)保存在存儲芯片中，通過液晶屏進行顯示，并通過RS485、以太網(wǎng)等通信接口(如為光纖通信需經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

換)傳輸至服務(wù)器的系統(tǒng)軟件。

表2A-09-240型阿米特無線溫度接收儀技術(shù)參數(shù)







3.4后臺功能

通過RS485、以太網(wǎng)等通信接口將采樣數(shù)據(jù)集成至溫度檢測預(yù)警工作站。溫度檢測預(yù)警工作站:溫度數(shù)據(jù)發(fā)送時間間隔(1分鐘-24小時)和溫度報警閥值可由上位機軟件設(shè)定，上位機直接發(fā)下行命令給溫度接收儀，溫度接收儀以無線方式直接設(shè)定和更改溫度傳感器測量時間間隔和報警值，實現(xiàn)雙向智能化。溫度檢測計算機從測溫通訊終端采集各監(jiān)測點的運行溫度數(shù)據(jù)，實時顯示監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)，具備查詢歷史曲線以圖形化的方式反映狀態(tài)量的變化情況。

4無線測溫系統(tǒng)在余能發(fā)電廠10kV高壓柜及廠用變壓器上的應(yīng)用

4.1余能發(fā)電廠10kV供電系統(tǒng)

我廠10kV供電系統(tǒng)為單母線分段接線運行方式，發(fā)電機并網(wǎng)前廠用電負載由燒結(jié)變電所開關(guān)出線提供啟備電源。發(fā)電機并網(wǎng)后由快切裝置進行備用和工作段的電源無擾切換，將電源轉(zhuǎn)換為發(fā)電機供電。10kV負載主要為電廠各類輔機，如水泵、風(fēng)機、廠變。

4.2當前高壓開關(guān)柜和廠用變壓器溫度監(jiān)視存在的問題分析

4.2.1高壓開關(guān)設(shè)備

余能發(fā)電廠高壓開關(guān)柜都是封閉式結(jié)構(gòu)，還帶防誤閉鎖。運行時不能打開遮擋紅外檢測的門或蓋板進行紅外檢測。目前高壓開關(guān)柜內(nèi)電纜出線端只能借助測溫貼片的變色進行人工判斷，而設(shè)備內(nèi)部母排溫度則無法進行檢測。設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)電的接頭和插頭在運行、動作過程會因磨損、機械操作和短路電動力引起機械振動等原因使接觸電阻增加，引起溫度升高，為設(shè)備安全運行埋下隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計全公司高壓開關(guān)故障頻繁的部位在開關(guān)設(shè)備手車觸頭和進出線端電纜連接處。

4.2.2變壓器的低壓出線端

我廠兩臺10kV/400V，630KVA容量高壓干式電力變壓器，其二次側(cè)電壓為400V等級。運行過程中電流大是威脅設(shè)備安全運行的主要因數(shù)，對其二次繞組的溫度監(jiān)測，以前通過測溫貼片的變色來進行人工判斷。這種離線式的人工監(jiān)視顯然是不可靠的。在《電力變壓器運行規(guī)程》中*5.1.4條變壓器日常巡視檢查內(nèi)容中規(guī)定，其引線接頭、電纜、母線應(yīng)無發(fā)熱

跡象。由于巡查工作量大，*被忽視，造成事故。綜上所述，高壓開關(guān)和廠用變壓器作為電能傳輸?shù)闹匾O(shè)備，對其運行時的溫度監(jiān)視顯得尤為重要，所以對其加裝無線測溫系統(tǒng)是十分必要的。

4.2.3余能發(fā)電廠測量點位置選擇

在10kV送風(fēng)機、引風(fēng)機、給水泵、凝結(jié)水泵、閉式水泵、循環(huán)水泵高壓開關(guān)柜饋出電纜接頭處和廠用變壓器低壓母排側(cè)安裝A-09-1型無線測溫傳感器，在10kV配電室內(nèi)安裝一塊A-09-240型接收儀。后臺系統(tǒng)采用與DCS數(shù)據(jù)集成得方式實現(xiàn)。

5測量信息與DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成

通過加裝的無線測溫傳感器將現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)采集到接收儀，再使用MODBUS協(xié)議經(jīng)485串口通訊至電廠OVATIONDCS系統(tǒng)的LC卡處。在進行通訊前，需對串口通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)清單、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)類型、小數(shù)點及幾位小數(shù)等進行校核。完成通訊后，將采集的溫度信號放置在余能發(fā)電廠10kV系統(tǒng)中并可與系統(tǒng)中電流，工藝參數(shù)等進行交叉歷史查詢，亦可在程序中設(shè)置溫升速率及閾值等保護預(yù)警功能。未來可根據(jù)電氣設(shè)備異常時的溫度特點，引入模型化或智能化算法進行較有效的設(shè)備管理。

6安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測溫產(chǎn)品介紹

6.1系統(tǒng)介紹

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力設(shè)備安全性的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的**經(jīng)驗，專門研制出的新一代無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有**溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保電力系統(tǒng)的安全運行。為電力設(shè)備的安全、經(jīng)濟、可靠運行提供了全新的解決方案。

6.2結(jié)構(gòu)圖







6.3主要功能

數(shù)據(jù)采集與處理(模擬量、開關(guān)量、電度、SOE、定值)

控制操作(斷路器、隔離開關(guān)、分接頭、復(fù)歸)

報警及處理功能(設(shè)備狀態(tài)異?；蚬收稀y量值越限，聲音、顏色、閃爍)

事件順序記錄SOE(分合閘記錄、保護及自動裝置的動作順序記錄)

遠動功能(為調(diào)度中心提供相關(guān)運行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài))

時鐘同步(北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統(tǒng)標準時鐘誤差不大于1ms)

人機聯(lián)系與運行管理(控制、查看、數(shù)據(jù)庫定義修改、報警確認、二次開發(fā)、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理)

與其他設(shè)備接口(微機保護、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調(diào)度)

6.4軟件功能

























6.5測溫產(chǎn)品介紹

溫度傳感器

a.電池供電型無線溫度傳感器

安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/p>

目前安科瑞無線溫度傳感器有三款：







b.CT感應(yīng)取電無線溫度傳感器

安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/p>

目前無線溫度傳感器有兩款：







接收/顯示單元

a.接收單元







b.顯示單元







7總結(jié)

通過對余能發(fā)電廠供電系統(tǒng)高壓開關(guān)柜出線電纜接頭處和變壓器二次側(cè)母排加裝無線測溫系統(tǒng)，使電氣維護的管理水平上了一個臺階。建立了針對開關(guān)柜和變壓器的智能在線監(jiān)測系統(tǒng)，使得以前需要人工重點巡檢的部位變成由工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的測溫傳感器實現(xiàn)自動化的智能監(jiān)測。還建立了針對開關(guān)柜和變壓器電纜接頭的數(shù)字化管理檔案，提高了裝置的運行穩(wěn)定性，為今后的狀態(tài)檢修提供了充足可靠的**。

參考文獻

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11月版.


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