無線測溫在化工行業(yè)配電系統(tǒng)的應(yīng)用

安科瑞 宣依依

摘要：穩(wěn)定的電力供應(yīng)是保障企業(yè)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此如何保證電力設(shè)備的正常運(yùn)行，是企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注的一個問題。溫度是表征電力設(shè)備運(yùn)行正常的一個重要參數(shù)，在電力設(shè)備運(yùn)行的過程中，如果發(fā)生超溫運(yùn)行，會降低設(shè)備的性能及使用壽命，引發(fā)設(shè)備故障，影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至引起電氣火災(zāi)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。采集關(guān)鍵電力設(shè)備接點(diǎn)的實(shí)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(fù)雜，維護(hù)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(shù)相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與電力自動化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化無線測溫系統(tǒng)方案。無線測溫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，擴(kuò)展性好，布點(diǎn)靈活等特點(diǎn),可以結(jié)合行業(yè)深層需求及其他技術(shù)，進(jìn)一步在工業(yè)配電系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

關(guān)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(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,許多化工企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生,化工工業(yè)是個龐大復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng), 而企業(yè)的穩(wěn)定可靠的供配電是保障正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)。化工企業(yè)配電系統(tǒng)有以下幾個特點(diǎn)：（1）可靠性要求高，化工生產(chǎn)具有連續(xù)性，一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)問題造成生產(chǎn)中斷，會造成原料浪費(fèi)；（2）負(fù)荷較大且較平穩(wěn)，化工生產(chǎn)裝置連續(xù)性高，整個供配電系統(tǒng)符合比較平穩(wěn)，變化??；（3）逐步擴(kuò)容，化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、新改建工程會帶來新的用電負(fù)荷；（4）大功率電機(jī)負(fù)荷較多，需要大量電機(jī)為生產(chǎn)活動提供動力源?；す┡潆娤到y(tǒng)中大量使用中低壓開關(guān)柜、電動機(jī)等電氣設(shè)備，對自動化程度和連續(xù)生產(chǎn)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(nèi)關(guān)鍵的配電及電動機(jī)設(shè)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(shè)備運(yùn)行正常的重要參數(shù)。隨著工業(yè)用電負(fù)荷的不斷增長，為了避免因設(shè)備發(fā)熱而導(dǎo)致的突發(fā)事件，溫度的自動監(jiān)測已經(jīng)成為工業(yè)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)?；どa(chǎn)運(yùn)行中的電氣設(shè)備通常長期工作在高電壓和大電流狀態(tài)，設(shè)備中存在的某些缺陷會導(dǎo)致設(shè)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(dǎo)致設(shè)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(shè)備損壞或質(zhì)量事故。高壓電氣設(shè)備，由于故障測試手段有限，特別在開關(guān)柜內(nèi)溫度超限點(diǎn)更不易被發(fā)現(xiàn)。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(jìn)而可能造成燒毀母線、觸頭、接點(diǎn)毀盤，并引發(fā)下游大范圍供電線路或重要用電設(shè)備突然停電,造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。近年來,傳感器及物聯(lián)網(wǎng),設(shè)備的在線監(jiān)測,及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)合化工工業(yè)的特點(diǎn)及需求,新技術(shù)的研究與應(yīng)用對解決此類問題提供了新的解決方案。

2 應(yīng)用方案及項(xiàng)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(lǐng)域掌控了大量自主知識產(chǎn)權(quán)，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(xiàng)外國技術(shù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，是格力、美的、海爾、海信、大金、三姜、長虹等國內(nèi)外企業(yè)的供應(yīng)商。當(dāng)前，公司牢牢抓住供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和省新舊動能轉(zhuǎn)換重大機(jī)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(jīng)濟(jì)新常態(tài)下煥發(fā)出勃勃生機(jī)和活力，經(jīng)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(jìn)線互為備用；每段進(jìn)線容量均按照12500KVA容量設(shè)計，都能滿足全廠區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行需求。2進(jìn)線與母聯(lián)3個斷路器只能合閘2個，母聯(lián)設(shè)置備自投裝置。電動機(jī)回路要求單獨(dú)控制，要求柜頂小母線合母、控母、裝置電源需設(shè)置雙小母線。0.4KV系統(tǒng)采用變壓器分列運(yùn)行，中間設(shè)置母聯(lián)柜，并設(shè)置防并列連鎖，母聯(lián)配置備自投裝置。工藝負(fù)荷二級負(fù)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(yīng)急母線段（應(yīng)急母線段設(shè)置雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)，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(xiàng)目針對廠區(qū)高低壓配電室內(nèi)的10Kv高壓柜和0.4Kv低壓柜內(nèi)關(guān)鍵電氣連接點(diǎn)進(jìn)行溫度監(jiān)測。項(xiàng)目要求測溫產(chǎn)品能長期穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)配電室本地溫度監(jiān)測及告警和遠(yuǎn)程溫度的監(jiān)視。經(jīng)過技術(shù)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(zhǔn)確的采集關(guān)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(shí)現(xiàn)溫度信號的實(shí)時監(jiān)測,超溫部位及設(shè)備準(zhǔn)確定位,超溫報警,保證關(guān)鍵設(shè)備壽命及生產(chǎn)連續(xù)性,減少及避免潛在事故的風(fēng)險。并且測溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測溫信號的移動運(yùn)維,不僅可以通過智能手機(jī)實(shí)時監(jiān)控到關(guān)鍵設(shè)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(fù)責(zé)人員的智能手機(jī)終端,實(shí)現(xiàn)高效的問題處理,很大的降低配電裝置及電氣設(shè)備事故風(fēng)險,保證供電可靠性,生產(chǎn)連續(xù)性及安全生產(chǎn)。

2.1 無線無源測溫:溫度傳感器+Sub-1G

經(jīng)過技術(shù)對比,選定 ATE400無源無線溫度傳感器應(yīng)用于高低壓開關(guān)柜關(guān)鍵部位測溫。其主要性能參數(shù)如表1所示.

表1 ATE400溫度傳感器參數(shù)表

ATE400無源無線溫度傳感器基于一次電流進(jìn)行感應(yīng)取電,與測量點(diǎn)直接接觸可以確保高性能的準(zhǔn)確的溫度監(jiān)測。并且,ATE400非常小巧不占用空間,便于安裝調(diào)試及后期維護(hù)。 ATE400無線通信采用Sub-1G通信技術(shù)確保有可靠和強(qiáng)大的通信能力。ATE400的圖片及在項(xiàng)目應(yīng)用中的場景如圖1所示。本項(xiàng)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(xiàn)場高低壓柜觸頭/電纜頭應(yīng)用

2.2 測溫采集顯示裝置

開關(guān)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(dá)60個ATE400傳感器的數(shù)據(jù)，傳感器和顯示單元之間通過數(shù)字ID進(jìn)行識別，準(zhǔn)確定位每個電氣發(fā)熱點(diǎn)的溫度。測溫裝置嵌入式安裝在高低壓柜面，實(shí)時顯示各點(diǎn)溫度，并且可以根據(jù)用戶設(shè)定預(yù)警、報警溫度值，實(shí)現(xiàn)高溫預(yù)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(biāo)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(xiàn)故障，盡快分析查找設(shè)備故障原因，恢復(fù)正常供電。測溫裝置所有溫度數(shù)據(jù)都可以通過485接口(Modbus-RTU協(xié)議)接入邊緣計算網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳至無線測溫系統(tǒng)。ARTM-Pn測溫裝置主要性能參數(shù)見表4，外觀及項(xiàng)目應(yīng)用中的場景如圖2所示。

表2

圖2 ARTM-Pn測溫裝置外觀及現(xiàn)場應(yīng)用

2.3 無線測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于測溫傳感器分布區(qū)域廣,數(shù)量多,測溫系統(tǒng)架構(gòu)采用以太網(wǎng)作為主要架構(gòu)?，F(xiàn)場的各個ATE400溫度傳感器通過無線傳輸?shù)綔囟冉邮诊@示裝置，溫度接收顯示裝置通過485接口（Modbus-RTU 通信協(xié)議）將溫度信號傳輸?shù)礁鱾€現(xiàn)場的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將協(xié)議裝換為Modbus-TCP 規(guī)約,并經(jīng)現(xiàn)場的以太網(wǎng)交換機(jī),通過光纖通道傳輸?shù)娇刂浦行牡墓ぷ髡局小y溫系統(tǒng)云服務(wù)器也接入通信網(wǎng)絡(luò),將各ATE400的測溫數(shù)據(jù)上傳到云平臺,以供智能手機(jī)的APP使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.4無線測溫系統(tǒng)

無線測溫系統(tǒng)將變配電站內(nèi)安裝ATE400溫度傳感器的開柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(jī)顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點(diǎn)的實(shí)時值，同時實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線：查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

運(yùn)行報表：查詢及打印各測溫點(diǎn)時間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)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(diǎn)在線測溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸 電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)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(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

3.2應(yīng)用場所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(nèi)每個測溫點(diǎn)的實(shí)時值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

溫度曲線

查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

運(yùn)行報表

查詢及打印各測溫點(diǎn)時間的溫度數(shù)據(jù)。

實(shí)時告警

系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)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(shè)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(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

4 結(jié)語

無線測溫裝置及系統(tǒng)在化工企業(yè)的智能化測溫應(yīng)用, 解決了長期以來電氣設(shè)備需要人工現(xiàn)場測溫，數(shù)據(jù)存儲困難等問題，大大減少了設(shè)備檢修預(yù)試停電次數(shù)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(shí)時設(shè)備溫度采集、周期性溫度監(jiān)測及報表、設(shè)備狀態(tài)評估等功能,能減少及避免重大因溫度導(dǎo)致故障的發(fā)生。系統(tǒng)運(yùn)用效果良好,大量減少了運(yùn)維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的準(zhǔn)確度。其次,隨著技術(shù)的發(fā)展和其它傳感器的應(yīng)用,從不同角度獲得關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)的數(shù)據(jù),更客觀地進(jìn)行設(shè)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(chǎn)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(nèi)的設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

審核編輯黃宇