淺談無線測溫系統(tǒng)在設(shè)備點檢中的研究與應(yīng)用

淺談無線測溫系統(tǒng)在設(shè)備點檢中的研究與應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對軋鋼廠設(shè)備點檢中遇到的問題進行分析，提出了使用無線測溫法來解決設(shè)備點檢問題的方案。通過對比有源無線溫度傳感器和無源無線溫度傳感器的技術(shù)參數(shù)及優(yōu)點，在高壓開關(guān)柜安裝無源無線溫度傳感器、在行車電機上安裝有源無線溫度傳感器，進行實時監(jiān)控。無線測溫系統(tǒng)運行近一年，有效提升了點檢效率。但是，在運行中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，需進一步改進、完善，實現(xiàn)全廠無線測溫系統(tǒng)溫度的集中監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：無線測溫裝置；無線溫度傳感器；點檢困難部位；高壓真空斷路器；行車

0引言

軋鋼廠有4條生產(chǎn)線，即：棒材生產(chǎn)線、高速線材生產(chǎn)線、棒線復(fù)合型生產(chǎn)線（高棒、高線雙線）和型鋼生產(chǎn)線。其中，棒材生產(chǎn)線有33臺高壓柜、15臺行車，棒線；高速線材生產(chǎn)線有40臺高壓柜、19臺行車；型鋼生產(chǎn)線有30臺高壓柜、16臺行車；總計103臺高壓柜、50臺行車。本文對無線測溫裝置在開關(guān)柜、行車電機和關(guān)鍵電機中的應(yīng)用進行闡述，實現(xiàn)對真空斷路器觸頭、行車電機和關(guān)鍵設(shè)備電機的溫度控制、實時報警等功能，提前發(fā)現(xiàn)隱患并進行預(yù)防處理，避免關(guān)鍵設(shè)備突然損壞造成不可估量的損失。

1設(shè)備點檢中遇到的問題

高壓開關(guān)柜檢查主觸頭的方法為停電、將小車搖出后進行緊固和溫度測量，點檢周期為每季度，而設(shè)備的劣化是無周期、無規(guī)律的，尤其是高壓開關(guān)的主觸頭，需要對其進行實時監(jiān)控，掌握其劣化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)隱患并進行處理，否則一旦發(fā)生異常，后果難以想象。因行車使用頻繁，若每日停下來對其進行全面點檢較為困難。若采用PT100測溫元件對電機進行實時測溫，因行車需來回吊運鋼材、鋼坯，無法保證線路的安全性，實施起來更為困難。

2高壓開關(guān)柜、行車電機運行情況分析

針對2021年出現(xiàn)的高壓開關(guān)柜、行車電機等設(shè)備異常情況進行統(tǒng)計，具體如下：

（1）5月19日，棒材春防期間，對高壓柜動靜觸頭進行緊固時發(fā)現(xiàn)，1號加熱爐高壓配電柜靜觸頭有變色的現(xiàn)象。

（2）7月1日，棒線春防期間，將高壓柜中軋整流柜小車搖出清灰緊固，發(fā)現(xiàn)小車的動觸頭B相有變色現(xiàn)象。

（3）9月8日，型鋼原料跨1號行車主鉤電機燒損，經(jīng)檢查為定子繞組缺相造成。

（4）9月24日，型鋼中壓水站3號泵電機燒損，經(jīng)檢查為3號泵油泵電機損壞，造成電機缺油運行燒損。

對上述4起異常情況分析發(fā)現(xiàn)：在高壓開關(guān)柜運行中，不能有效觀察動、靜觸頭接觸是否良好、不能檢查動靜觸頭螺栓是否松動，是造成觸頭溫度異常、觸頭變色的主要原因。行車電機和關(guān)鍵設(shè)備電機的日常點檢，具有一定的周期性，無法做到實時監(jiān)測，當電機溫度發(fā)生異常，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，在一段時間內(nèi)，電機將發(fā)生損壞。

3解決方案

經(jīng)過查詢資料，決定選擇使用無線測溫法來解決設(shè)備點檢中遇到的問題。

3.1無線測溫傳感器的選擇

表 1 有源無線測溫傳感器、無源無線測溫傳感器對比

根據(jù)表1無線溫度傳感器的特性對比，決定在高壓開關(guān)柜采用無源無線溫度傳感器，在行車電機溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用有源無線溫度傳感器，傳輸距離遠，安裝方便。

3.2無線測溫系統(tǒng)硬件設(shè)計及安裝

整個測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、現(xiàn)場監(jiān)控主機和后臺監(jiān)控系統(tǒng)三大部分組成。無線溫度傳感模塊與無線測溫集中接收器之間通過無線電波傳送溫度數(shù)據(jù)，對其他設(shè)備沒有任何干擾及影響。無線測溫集中接收器帶有無線通訊口，所測得溫度數(shù)據(jù)可以通過無線的方式將溫度數(shù)據(jù)上傳至后臺管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析處理，再通過輸出模塊實現(xiàn)報警功能。

3.2.1高壓開關(guān)柜無線測溫系統(tǒng)

3.2.1.1無源無線溫度傳感器工作原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

當導(dǎo)體中有交流電流流過時，感應(yīng)磁芯感應(yīng)出感應(yīng)電流，通過轉(zhuǎn)換電路、過壓保護電路、穩(wěn)壓電路和CPU溫度采樣電路，再通過無線射頻模塊，將溫度值傳送至接收裝置[1-2]。

無源無線測溫傳感器相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2無源無線測溫傳感器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

3.2.1.2無源無線溫度傳感器安裝步驟

（1）預(yù)計安裝部位長度，把取電合金片對折1~2次。

（2）把折好的取電片插入傳感器。

（3）將模塊纏繞在真空斷路器主觸頭上，并拉緊折疊兩側(cè)的合金片，然后把尾部反折過來，壓緊。

（4）用硅膠表帶包住取電片，并綁緊。模塊緊貼被測部位。

3.2.1.3無源無線測溫接收主機

觸摸式無線測溫主機可以對無線溫度傳感器工作狀態(tài)進行監(jiān)測，實時顯示被測觸頭溫度、報警提示和輸出等，通過輸出模塊，連接報警指示燈。

安裝后，可實時顯示被測物體的溫度和傳感器工作電壓，并根據(jù)報警設(shè)定值輸出報警。

3.2.2行車電機等無線測溫系統(tǒng)

3.2.2.1有源無線溫度傳感器工作原理及相關(guān)技術(shù)參數(shù)

有源溫度傳感器安裝到被測物體上，通過采樣濾波電路、放大電路和無線發(fā)射電路，將溫度值傳送至接收裝置。實時監(jiān)測被測部位的當前溫度、實時監(jiān)測傳感器自身的供電電壓值，并將所測的數(shù)據(jù)全部通過無線上傳到無線測溫主機。相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表3所示。

3.2.2.2有源無線溫度傳感器的安裝

將有源無線溫度傳感器的表帶去掉，將本體安裝在所測電機的機身上。

3.2.2.3有源無線測溫接收主機

將接收主機安裝在就近操作臺，通過輸出模塊外接報警指示燈，一旦有超溫報警時，報警指示燈閃爍報警，可以及時發(fā)現(xiàn)異常。

表3有源無線溫度傳感器相關(guān)技術(shù)參數(shù)

4無線測溫系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用及改進

現(xiàn)場安裝無線測溫系統(tǒng)，對高壓開關(guān)柜的主觸頭和行車電機等的溫度進行實時監(jiān)控，經(jīng)過一段時間的使用，及時發(fā)現(xiàn)了一些超溫報警和隱患，采取措施進行處理，避免了電機燒損、高壓開關(guān)柜發(fā)生重大事故障，有效提升了點檢效率。

4.1無線測溫系統(tǒng)預(yù)防管理效果

在使用無線測溫系統(tǒng)過程中，發(fā)現(xiàn)了一些超溫報警的情況。

（1）棒材水泵房精軋濁環(huán)泵電機發(fā)生超溫報警，到現(xiàn)場查看，對電機機身溫度進行測量，溫度為75℃，當即投入備用電機。對超溫報警電機進行檢測，發(fā)現(xiàn)電機絕緣阻值降低，避免了電機被燒損。

（2）棒線空氣排煙機電機在運行過程中超溫報警，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，電機散熱風(fēng)機損壞，導(dǎo)致電機溫度逐步升高。更換使用備機，確保了生產(chǎn)穩(wěn)順運行。

（3）棒材高壓配電柜發(fā)現(xiàn)母聯(lián)柜上觸頭B相溫度高達54℃，隨即向上級供電部門申請倒閘操作，檢查發(fā)現(xiàn)靜觸頭變色，有螺栓松動的情況。對其進行緊固和打磨后，重新安裝。第二天查看溫度情況，下降為38℃，避免了高壓開關(guān)發(fā)生重大事故。

4.2無線測溫系統(tǒng)的改進

無線測溫系統(tǒng)運行近一年，對運行中發(fā)現(xiàn)的問題進行了相應(yīng)改進。

（1）行車在吊運鋼坯、鋼材過程中，由于行駛距離遠近不同，無線溫度傳感器的信號不太穩(wěn)定。通過將傳感器內(nèi)部天線焊接加長，增加了信號的傳輸距離，保證了信號穩(wěn)定傳輸。

（2）棒材母聯(lián)柜觸頭溫度報警值為55℃，由于無源無線溫度傳感器安裝在主觸頭套管上，測量溫度值較實際溫度偏差較大。更換為一種微型無源無線溫度傳感器，安裝在高壓開關(guān)柜主觸頭上，可以更加準確地測量觸頭溫度。

4.3目前生產(chǎn)應(yīng)用中的不足之處

（1）軋鋼廠有103臺高壓柜，其中，有22臺為整流變高壓柜。整流變壓器負責(zé)給直流電機供電，只有軋制過程中才有電流通過，而無源無線溫度傳感器的供電方式為感應(yīng)電流式，通訊頻率為10～60s。也就是說，在直流電機無軋件軋制時，無源無線測溫傳感器無法感應(yīng)到主觸頭溫度，需要使用有源無線溫度傳感器，工作方式為感應(yīng)溫度式。這樣，無論主觸頭是否有電流流過，都可以實時將觸頭溫度并顯示在測溫主機上。

（2）高壓開關(guān)柜的輸出模塊已經(jīng)接入聲光報警燈，一旦超溫，將發(fā)出聲光報警。但是，未接入PLC控制系統(tǒng)，不能在監(jiān)控畫面上顯示信號。

（3）行車等電機的溫度監(jiān)控已經(jīng)按計劃接入就近操作臺的測溫主機內(nèi)，只有操作臺才能看到報警和溫度。下一步，計劃將所有操作臺的測溫主機通過光纖將信號傳遞回電工值班室監(jiān)控電腦上，實現(xiàn)全廠無線測溫系統(tǒng)溫度的集中監(jiān)控。

5 安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

5.1概述

電氣接點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(shè)備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設(shè)備運行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通訊，系統(tǒng)設(shè)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較大地提高。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)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴重故障發(fā)生。

5.2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。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.4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(nèi)所有開關(guān)設(shè)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(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。

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(shù)據(jù)。

實時告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y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?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。

5.5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)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。

名稱	外形	型號	參數(shù)說明
系統(tǒng)組態(tài)軟件		Acrel-2000/T	硬件：內(nèi)存4G，硬盤500G，以太網(wǎng)口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統(tǒng)：Windows764位簡體中文旗艦版。 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協(xié)議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規(guī)約
智能通信管理機		Anet-2E4SM	通用網(wǎng)關(guān)，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。
無線測溫集中采集設(shè)備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網(wǎng)口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm）
	Acrel-2000T/B	硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統(tǒng)：Windows7 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務(wù)器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
顯示終端		ATP007 ATP010	DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。

	ARTM-24	35MM導(dǎo)軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫；
無線收發(fā)器		ATC450-C	可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
	ATC600	ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		ATE100M	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
	ATE200	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
	ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
CT取電型無線測溫傳感器		ATE400	CT感應(yīng)取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
有線溫度傳感器		PT100	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
	NTC	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應(yīng)商聯(lián)系；

參考文獻

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審核編輯 黃宇