安科瑞 鮑靜君

　　摘要：穩(wěn)定的電力供應是保障企業(yè)正常生產的基礎，因此如何保證電力設備的正常運行,，是企業(yè)重點關注的一個問題。溫度是表征電力設備運行正常的一個重要參數,，在電力設備運行的過程中,，如果發(fā)生超溫運行，會降低設備的性能及使用壽命,，引發(fā)設備故障,，影響電網的正常運行，甚至引起電氣火災,，造成巨大經濟損失,。采集關鍵電力設備接點的實時溫度，克服有線溫度監(jiān)測系統(tǒng)存在的諸如線路多,，布線復雜,，維護困難，高壓隔離等方面的不足,，將測溫傳感器與無線通信技術相結合,，將物聯網技術與電力自動化技術相結合，實現智能化無線測溫系統(tǒng)方案,。無線測溫系統(tǒng)具有結構簡單可靠,，擴展性好,，布點靈活等特點,可以結合行業(yè)深層需求及其他技術，進一步在工業(yè)配電系統(tǒng)推廣應用,。

　　關鍵詞：化工行業(yè)測溫   無源無線測溫  電氣測溫  測溫系統(tǒng)

　　1 化工行業(yè)配電系統(tǒng)測溫需求分析

　　隨著我國經濟建設的飛速發(fā)展,許多化工企業(yè)應運而生,化工工業(yè)是個龐大復雜的工業(yè)生產系統(tǒng), 而企業(yè)的穩(wěn)定可靠的供配電是保障正常生產的基礎,。化工企業(yè)配電系統(tǒng)有以下幾個特點：（1）可靠性要求高,，化工生產具有連續(xù)性,，一旦供配電系統(tǒng)出現問題造成生產中斷，會造成原料浪費,；（2）負荷較大且較平穩(wěn),，化工生產裝置連續(xù)性高，整個供配電系統(tǒng)符合比較平穩(wěn),，變化?。唬?）逐步擴容,，化工企業(yè)生產規(guī)模的擴大,、新改建工程會帶來新的用電負荷；（4）大功率電機負荷較多,，需要大量電機為生產活動提供動力源,。化工供配電系統(tǒng)中大量使用中低壓開關柜,、電動機等電氣設備,，對自動化程度和連續(xù)生產的高要求,不僅對其供電可靠性越來越高,而且對鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)內關鍵的配電及電動機設備的穩(wěn)定可靠性也提出了更高的要求。

　　在工業(yè)系統(tǒng)中,，溫度是表征設備運行正常的重要參數,。隨著工業(yè)用電負荷的不斷增長，為了避免因設備發(fā)熱而導致的突發(fā)事件,，溫度的自動監(jiān)測已經成為工業(yè)安全生產的重要環(huán)節(jié)?；どa運行中的電氣設備通常長期工作在高電壓和大電流狀態(tài),，設備中存在的某些缺陷會導致設備部件的異常溫度升高。造成溫度與接觸電阻值的惡性循環(huán),，最終會導致設備不能正常工作,，甚至燒毀，溫度過高可能會引起燃燒,、爆炸甚至設備損壞或質量事故,。高壓電氣設備，由于故障測試手段有限,，特別在開關柜內溫度超限點更不易被發(fā)現,。隨著溫升時間的延長，溫度超限處將因發(fā)熱而加大氧化程度，進而可能造成燒毀母線,、觸頭,、接點毀盤，并引發(fā)下游大范圍供電線路或重要用電設備突然停電,造成巨大的直接和間接經濟損失,。近年來,傳感器及物聯網,設備的在線監(jiān)測,及大數據分析等技術的快速發(fā)展,結合化工工業(yè)的特點及需求,新技術的研究與應用對解決此類問題提供了新的解決方案,。

　　2 應用方案及項目案例綜

　　某高分子合成公司堅持科技創(chuàng)新，在新環(huán)保,、新材料,、新能源等領域掌控了大量自主知識產權，在新型環(huán)保制冷劑,、氟硅高新材料,、離子膜等方面打破了多項外國技術壟斷，實現了國產化替代,，是格力,、美的、海爾,、海信,、大金、三姜,、長虹等國內外企業(yè)的供應商,。當前，公司牢牢抓住中央供給側結構性改革和省新舊動能轉換重大機遇,，緊緊圍繞科技創(chuàng)新這條主線,，著力打造“兩個替代"和“智能制造"新引擎，在經濟新常態(tài)下煥發(fā)出勃勃生機和活力,，經營效益持續(xù)攀升,。

　　整個工廠配電10KV系統(tǒng)采用單母線分段，2段進線互為備用,；每段進線容量均按照12500KVA容量設計,，都能滿足全廠區(qū)生產運行需求。2進線與母聯3個斷路器只能合閘2個,，母聯設置備自投裝置,。電動機回路要求單獨控制，要求柜頂小母線合母,、控母,、裝置電源需設置雙小母線。0.4KV系統(tǒng)采用變壓器分列運行,，中間設置母聯柜,，并設置防并列連鎖,，母聯配置備自投裝置。工藝負荷二級負荷主用電源引自各母線段,，備用電源引自廠區(qū)箱變,。UPS、DCS,、控制室主用電源引自1#變壓器母線段,，備用電源引自應急母線段（應急母線段設置雙電源轉換開關，主電源引自2#變壓器母線段,，備用電源引自廠區(qū)箱變630A斷路器）,。

　　本次項目針對廠區(qū)高低壓配電室內的10Kv高壓柜和0.4Kv低壓柜內關鍵電氣連接點進行溫度監(jiān)測。項目要求測溫產品能長期穩(wěn)定運行,，并實現配電室本地溫度監(jiān)測及告警和遠程溫度的監(jiān)視,。經過技術對比,使用無線無源溫度傳感器+溫度采集顯示裝置+溫度監(jiān)測系統(tǒng)的方案,準確的采集關鍵部位的溫度信號 ,通過控制中心的無線測溫監(jiān)測系統(tǒng),實現溫度信號的實時監(jiān)測,超溫部位及設備準確定位,超溫報警,保證關鍵設備壽命及生產連續(xù)性,減少及避免潛在事故的風險。并且測溫系統(tǒng)實現了測溫信號的移動運維,不僅可以通過智能手機實時監(jiān)控到關鍵設備的溫度,并能在超溫時自動發(fā)出報警信號,及時推送到具體負責人員的智能手機終端,實現高效的問題處理,很大的降低配電裝置及電氣設備事故風險,保證供電可靠性,生產連續(xù)性及安全生產,。

　　2.1 無線無源測溫:溫度傳感器+Sub-1G

　　經過技術對比,選定 ATE400無源無線溫度傳感器應用于高低壓開關柜關鍵部位測溫,。其主要性能參數如表1所示.

表1 ATE400溫度傳感器參數表

　　ATE400無源無線溫度傳感器基于一次電流進行感應取電,與測量點直接接觸可以確保高性能的準確的溫度監(jiān)測。并且,ATE400非常小巧不占用空間,便于安裝調試及后期維護,。 ATE400無線通信采用Sub-1G通信技術確保有可靠和強大的通信能力,。ATE400的圖片及在項目應用中的場景如圖1所示。本項目每個回路配置有6個溫度傳感器,，共計三千余只,。

圖1 ATE400傳感器外觀及現場高低壓柜觸頭/電纜頭應用

　　2.2 測溫采集顯示裝置

　　開關柜就地測溫顯示單元選用ARTM-Pn，每面高低壓柜配置1臺,。ARTM-Pn可無線接收多達60個ATE400傳感器的數據,，傳感器和顯示單元之間通過數字ID進行識別，準確定位每個電氣發(fā)熱點的溫度,。測溫裝置嵌入式安裝在高低壓柜面,，實時顯示各點溫度，并且可以根據用戶設定預警,、報警溫度值,，實現高溫預警、超溫告警,、相間溫差報警、溫度突變量告警等功能,，裝置可存儲120條帶有時標的告警記錄,，同時告警時繼電器出口可以控制聲光報警器幫助用戶及時發(fā)現故障，盡快分析查找設備故障原因,，恢復正常供電,。測溫裝置所有溫度數據都可以通過485接口(Modbus-RTU協議)接入邊緣計算網關,，實現網絡組網，將數據上傳至無線測溫系統(tǒng),。ARTM-Pn測溫裝置主要性能參數見表4,，外觀及項目應用中的場景如圖2所示。

　　表2

圖2 ARTM-Pn測溫裝置外觀及現場應用

　　2.3 無線測溫系統(tǒng)網絡架構

　　由于測溫傳感器分布區(qū)域廣,數量多,測溫系統(tǒng)架構采用以太網作為主要架構?，F場的各個ATE400溫度傳感器通過無線傳輸到溫度接收顯示裝置,，溫度接收顯示裝置通過485接口（Modbus-RTU 通信協議）將溫度信號傳輸到各個現場的網關。網關將協議裝換為Modbus-TCP 規(guī)約,并經現場的以太網交換機,通過光纖通道傳輸到控制中心的工作站中,。測溫系統(tǒng)云服務器也接入通信網絡,將各ATE400的測溫數據上傳到云平臺,以供智能手機的APP使用,。系統(tǒng)網絡架構如圖3所示。

圖3 測溫系統(tǒng)網絡架構圖

　　2.4無線測溫系統(tǒng)

　　無線測溫系統(tǒng)將變配電站內安裝ATE400溫度傳感器的開柜溫度數據進行采集處理,實現遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài),。系統(tǒng)具有以下主要功能：

　　溫度顯示：就地監(jiān)控主機顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值,，同時實現遠程電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

　　溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線,。

　　運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據,。

　　實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,，能夠對所有事件發(fā)出語音告警,，告警方式有彈窗、語音告警等,，還可以短信/APP推送告警消息,，及時提醒值班人員。

　　歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計、事故分析等,。

圖4 無線測溫系統(tǒng)溫度顯示,、報表及曲線等界面

　　3安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

　　3.1概述

　　電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭,、刀閘開關,、高壓電纜中間頭、干式變壓器,、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測,，防止在運行過程中因氧化、松動,、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患,，提高設備安全保障，及時,、持續(xù),、準確反映設備運行狀態(tài),，降低設備事故率。

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊,，系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU,、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性,、可靠性和開放性都得到了很大地提高,。該系統(tǒng)具有遙信、遙測,、遙控,、遙調、遙設,、事件報警,、曲線、棒圖,、報表和用戶管理功能,，可以監(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現快速報警響應,，預防嚴重故障發(fā)生,。

　　3.2應用場所

　　適合在泛在電力物聯網、鋼廠,、化工,、水泥、數據中心,、醫(yī)院,、機場、電廠,、煤礦等廠礦企業(yè),、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。

　　3.3系統(tǒng)結構

       溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

　　3.4系統(tǒng)功能

　　測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內所有開關設備運行溫度狀態(tài),。系統(tǒng)具有以下主要功能：

　　溫度顯示

　　顯示配電系統(tǒng)內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據,。

       溫度曲線

　　查看每個測溫點的溫度趨勢曲線,。

       運行報表

　　查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

       實時告警

　　系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警,。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,，能夠對所有事件發(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等,，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員,。

       歷史事件查詢

　　能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計,、事故分析等,。

       3.5系統(tǒng)硬件配置

　　 溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成,，實現變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測,。

　　4 結語

　　 無線測溫裝置及系統(tǒng)在化工企業(yè)的智能化測溫應用, 解決了長期以來電氣設備需要人工現場測溫，數據存儲困難等問題,，大大減少了設備檢修預試停電次數和時間,，減輕了日常巡檢的工作量。測溫系統(tǒng)提供溫度異常告警,、實時設備溫度采集,、周期性溫度監(jiān)測及報表、設備狀態(tài)評估等功能,能減少及避免重大因溫度導致故障的發(fā)生,。系統(tǒng)運用效果良好,大量減少了運維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的準確度,。其次,隨著技術的發(fā)展和其它傳感器的應用,從不同角度獲得關鍵設備及系統(tǒng)的數據,更客觀地進行設備及系統(tǒng)監(jiān)測,作為下步研究工作方向之一。隨著社會的發(fā)展,，企業(yè)生產用電的需求越來越大,，電力無線測溫提供一種新的測溫方式，對配電系統(tǒng)內的設備安全穩(wěn)定運行具有重要意義,。