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

時(shí)間：2021-04-16作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：332

周曉麗
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：介紹了寧波鋼鐵余能發(fā)電廠無線測(cè)溫技術(shù)在電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。在國(guó)家要求各大企業(yè)大力推進(jìn)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(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)為電廠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)**，同時(shí)也節(jié)省了勞動(dòng)力，體現(xiàn)其**性和必要性。
關(guān)鍵詞：智慧工廠 無線測(cè)溫 供電系統(tǒng)
1前言
       在各國(guó)都大力推進(jìn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的今天，我國(guó)工信部也及時(shí)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(jìn)**的自動(dòng)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(duì)重要電氣設(shè)備加裝無線測(cè)溫系統(tǒng)可作為今后電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一種重要手段。
2現(xiàn)狀分析
2.1電氣設(shè)備測(cè)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(yùn)行的問題將會(huì)突顯。設(shè)備溫度是現(xiàn)代電網(wǎng)表征一次輸電設(shè)備運(yùn)行正常的一個(gè)重要參數(shù)，尤其是一次設(shè)備的開斷點(diǎn)和接觸點(diǎn)，其材料受環(huán)境污染、長(zhǎng)期運(yùn)行、載運(yùn)行、觸點(diǎn)氧化、電弧沖擊等原因影響在運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)熱，引起溫度不斷上升，給設(shè)備安全運(yùn)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(zhǔn)確反映設(shè)備是否溫，因?yàn)闇囟仁歉鞣N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(huì)過允許溫度。因此電氣設(shè)備溫度的有效監(jiān)測(cè)十分必要。
2.2傳統(tǒng)測(cè)溫手段分析
2.2.1紅外測(cè)溫方式紅外測(cè)溫存在精度低、對(duì)溫度變化不敏感、易受光干擾和適用場(chǎng)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(duì)設(shè)備表面看得見的地方溫度監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備內(nèi)部或者死角監(jiān)測(cè)不到。紅外成像儀和紅外點(diǎn)溫槍無法用來測(cè)量封閉運(yùn)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(cè)溫方式光纖測(cè)溫可以用來測(cè)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?yán)щy、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(jià)格偏貴，故很少使用。
2.2.3測(cè)溫貼片方式因?yàn)楦邏弘姎忾_關(guān)柜運(yùn)行時(shí)不能打開柜門，只能通過觀察測(cè)溫貼片變色深淺大致判斷發(fā)熱點(diǎn)溫度情況，對(duì)于重要的封閉的觸頭溫度無法直觀量化，只能現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)和判斷。
3無線測(cè)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(cè)設(shè)備溫度的無線信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，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(chǔ)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(jī)或接入其它自動(dòng)化管理系統(tǒng)。無線測(cè)溫系統(tǒng)由三部分組成:溫度傳感器、溫度接收儀、后臺(tái)系統(tǒng)。
其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下:
3.2測(cè)溫傳感器原理及功能
       無線測(cè)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(diǎn)，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更適用于電力系統(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(dāng)電壓過一定值時(shí)，電路中的過壓保護(hù)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(jí)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(cè)點(diǎn)接觸進(jìn)行感溫，探頭的輸出經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換部分，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，輸出到MCU，MCU將該溫度信號(hào)通過射頻單元電路發(fā)送到無線溫度接收儀。測(cè)溫傳感器采用433MHz無線頻段通訊技術(shù)傳輸溫度信號(hào)，測(cè)溫傳感器與接收主機(jī)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(gè)傳感器安裝位置不同，報(bào)警閥值也不相同，可單獨(dú)設(shè)置每個(gè)傳感器的報(bào)警溫度值。在測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)溫度過閥值可主動(dòng)啟動(dòng)**上傳，可單獨(dú)設(shè)置每只的報(bào)警溫度值;根據(jù)溫度變化，溫度變化≤2℃時(shí)，5分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)，溫度變化≥2℃時(shí)，1分鐘發(fā)送一次數(shù)據(jù)。

表1A-09-1型阿米特?zé)o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(chǎng)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(hù)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(shí)時(shí)接收傳感器數(shù)據(jù)或者對(duì)各傳感器系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，接收的溫度數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)芯片中，通過液晶屏進(jìn)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?zé)o線溫度接收儀技術(shù)參數(shù)

3.4后臺(tái)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(cè)預(yù)警工作站。溫度檢測(cè)預(yù)警工作站:溫度數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間間隔（1分鐘－24小時(shí)）和溫度報(bào)警閥值可由上位機(jī)軟件設(shè)定，上位機(jī)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(cè)量時(shí)間間隔和報(bào)警值，實(shí)現(xiàn)雙向智能化。溫度檢測(cè)計(jì)算機(jī)從測(cè)溫通訊終端采集各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)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(yùn)行方式，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前廠用電負(fù)載由燒結(jié)變電所開關(guān)出線提供啟備電源。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后由快切裝置進(jìn)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(jī)供電。10kV負(fù)載主要為電廠各類輔機(jī)，如水泵、風(fēng)機(jī)、廠變。
4.2當(dāng)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(yùn)行時(shí)不能打開遮擋紅外檢測(cè)的門或蓋板進(jìn)行紅外檢測(cè)。目前高壓開關(guān)柜內(nèi)電纜出線端只能借助測(cè)溫貼片的變色進(jìn)行人工判斷，而設(shè)備內(nèi)部母排溫度則無法進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)電的接頭和插頭在運(yùn)行、動(dòng)作過程會(huì)因磨損、機(jī)械操作和短路電動(dòng)力引起機(jī)械振動(dòng)等原因使接觸電阻增加，引起溫度升高，為設(shè)備安全運(yùn)行埋下隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)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(jìn)出線端電纜連接處。
4.2.2變壓器的低壓出線端
       我廠兩臺(tái)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(jí)。運(yùn)行過程中電流大是威脅設(shè)備安全運(yùn)行的主要因數(shù)，對(duì)其二次繞組的溫度監(jiān)測(cè)，以前通過測(cè)溫貼片的變色來進(jìn)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(yùn)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，容易被忽視，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(duì)其運(yùn)行時(shí)的溫度監(jiān)視顯得尤為重要，所以對(duì)其加裝無線測(cè)溫系統(tǒng)是十分必要的。
4.2.3余能發(fā)電廠測(cè)量點(diǎn)位置選擇
       在10kV送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、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(cè)溫傳感器，在10kV配電室內(nèi)安裝一塊A-09-240型接收儀。后臺(tái)系統(tǒng)采用與DCS數(shù)據(jù)集成得方式實(shí)現(xiàn)。

5測(cè)量信息與DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成
       通過加裝的無線測(cè)溫傳感器將現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行通訊前，需對(duì)串口通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)清單、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)類型、小數(shù)點(diǎn)及幾位小數(shù)等進(jìn)行校核。完成通訊后，將采集的溫度信號(hào)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(jìn)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(hù)預(yù)警功能。未來可根據(jù)電氣設(shè)備異常時(shí)的溫度特點(diǎn)，引入模型化或智能化算法進(jìn)行更有效的設(shè)備管理。

6安科瑞無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)及在線測(cè)溫產(chǎn)品介紹
6.1系統(tǒng)介紹
       Acrel-2000T無線測(cè)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(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的**經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的新一代無線測(cè)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(yùn)行。為電力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)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(bào)警及處理功能（設(shè)備狀態(tài)異?；蚬收?、測(cè)量值越限，聲音、顏色、閃爍）
       事件順序記錄SOE（分合閘記錄、保護(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作順序記錄）
       遠(yuǎn)動(dòng)功能（為調(diào)度中心提供相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)）
       時(shí)鐘同步（北斗GPS納秒級(jí)，滿足間隔層子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘誤差不大于1ms）
       人機(jī)聯(lián)系與運(yùn)行管理（控制、查看、數(shù)據(jù)庫(kù)定義修改、報(bào)警確認(rèn)、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(jī)保護(hù)、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(cè)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?br style="list-style-type:none;box-sizing:border-box">       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(diǎn)等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/span>

 

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(duì)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(cè)溫系統(tǒng)，使電氣維護(hù)的管理水平上了一個(gè)臺(tái)階。建立了針對(duì)開關(guān)柜和變壓器的智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得以前需要人工重點(diǎn)巡檢的部位變成由工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的測(cè)溫傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的智能監(jiān)測(cè)。還建立了針對(duì)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(yùn)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(xiàn)
[1] 許高俊等.高壓開關(guān)柜有源無線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電測(cè)與儀表.2014（22）:82-86.
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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11月版.


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