基于無線測溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備上的應(yīng)用研究

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著鋼鐵企業(yè)的快速發(fā)展，對電力的需求也越來越大。許多供電設(shè)備需要常年運(yùn)行，而一些設(shè)備，如變壓器、傳輸電纜、高壓開關(guān)等連接部件容易因發(fā)熱而損壞。因此，如何對供電設(shè)備的溫度進(jìn)行全方位的監(jiān)測，已成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展中要解決的首要問題?；诖耍疚奶接懥藷o線測溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備中的應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：無線測溫系統(tǒng)；高壓電氣；優(yōu)勢；溫度傳感器

0引言

隨著科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，很多新興技術(shù)被應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)的電氣控制系統(tǒng)中。眾所周知，電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中會有大量的熱量產(chǎn)生。而如何調(diào)控整個系統(tǒng)的溫度是電力發(fā)展過程中首先要解決的問題。在變電站中，由于工作的特殊性，會涉及到許多重要的設(shè)備、儀器。而這些設(shè)備的造價(jià)較高，且大多使用壽命較長，在使用的過程中很容易出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況。同時，由于在發(fā)電過程中會產(chǎn)生一定的熱量，若不能及時被疏散，將會引起局部的溫度過高，甚至引起火災(zāi)，對員工和企業(yè)的生命以及財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重的威脅。

1無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無線測溫系統(tǒng)就是可以自主、實(shí)時的對溫度進(jìn)行監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)溫度過高，便會給工作人員傳達(dá)信息，好讓工作人員可以及時的調(diào)控溫度。無線測溫系統(tǒng)由實(shí)時監(jiān)測溫度（溫度傳感器）和負(fù)責(zé)傳輸并顯示結(jié)果的兩個結(jié)構(gòu)組成。其與以往常規(guī)的測溫系統(tǒng)相比，沒有具體的傳輸設(shè)備，優(yōu)勢在于利用無線的方式將信息進(jìn)行傳達(dá)。溫度傳感器所處的位置一般在電纜接頭、高壓開關(guān)柜、保險(xiǎn)絲等接口處，其能夠直接檢測此部分的溫度，之后將監(jiān)測的溫度結(jié)果借助無線技術(shù)傳輸、顯示在控制分析器件中。此外，高壓和低壓的各自工作部分需要采用電氣隔離，以保證測溫系統(tǒng)的安全性，規(guī)避漏電等危險(xiǎn)事件的發(fā)生。而接收信息的部分則需安置在特定的位置，并設(shè)置多個信息傳導(dǎo)通道，以便及時接收并顯現(xiàn)出所接收到的溫度信息。此外，因?yàn)榻邮昭b置以及傳導(dǎo)裝置所涉及的種類以及數(shù)量較多，所以還能夠分析處理溫度有關(guān)的信息，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)將信息傳導(dǎo)給工作人員，進(jìn)而完成對溫度的實(shí)時監(jiān)控。

1.1溫度傳感器

溫度傳感器主要是將溫度信號轉(zhuǎn)換成電信號，可以測量電路、邏輯控制電路、供電電源等，并具備防水防塵效果，可適應(yīng)長時間工作。但要注意測量期間，需要將溫度傳感器與待測物體表面密切接觸（可采用耐高溫尼龍絲或粘貼的方法），減少測量誤差，并封裝高溫和高熱縮管，以適應(yīng)高溫工作。此外，為了保證溫度傳感器的線性工作范圍，應(yīng)選用-55～130℃的傳感器，并根據(jù)不同的工作場所、環(huán)境，合理的控制精準(zhǔn)度和誤差。

1.2無線溫度檢測器

目前的無線溫度檢測器實(shí)現(xiàn)了多個信息接收通道，使其可以同時顯示、處理多個方位的監(jiān)測數(shù)據(jù)。在檢測器中，設(shè)有由工作人員預(yù)先設(shè)置的故障處理模塊和閾值判定模塊，一旦監(jiān)測的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值不符合，則會直接傳輸至故障處理模塊。探測器將顯示警告字樣、高低電平、驅(qū)動報(bào)警指示燈、聲音等。此外，無效溫度檢測儀還可以進(jìn)行信息傳輸，將數(shù)據(jù)線或串口/并行通信芯片連接到計(jì)算機(jī)上，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時分析多種工況，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理安全隱患。

1.3實(shí)時溫測軟件系統(tǒng)

實(shí)時溫測軟件系統(tǒng)的研發(fā)，解決了人力匱乏的問題，減少了人員的工作量，并實(shí)現(xiàn)了實(shí)時溫度測量和實(shí)時數(shù)據(jù)處理、分析，將其與無線檢測系統(tǒng)相連，借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)顯示溫度、與歷史數(shù)據(jù)相比較、存儲數(shù)據(jù)、故障預(yù)警、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析等功能，以便幫助工作人員及時明確目前測溫結(jié)果以及異常情況，確保各個設(shè)備正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，此外，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力以及可視化能力，可以將溫度的變化生動顯示出來，使工作人員直觀的判斷出異常點(diǎn)，及時處理，便于維修。

2無線測溫系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢及應(yīng)用范圍

2.1無線測溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢

（1）無線測溫系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，且具備低功耗、低成本、實(shí)時處理能力強(qiáng)、使用復(fù)雜度低等優(yōu)勢，其通信頻段一般在2.3～2.5GHz區(qū)間，處于高頻波段。

（2）無線測溫系統(tǒng)中的溫度傳感器裝有天線，不僅縮小了面積，同時還可以保證工作效率，即通訊效果，并提升了簡便性，方便安裝和使用，加上該測溫系統(tǒng)采用鋰電池供電，會*大限度延長壽命。

（3）無線測溫系統(tǒng)中的傳感器使用二進(jìn)制編碼，處理分析更為方便。

（4）無線測溫系統(tǒng)中的溫度傳感器利用了無線傳輸技術(shù)，不再需要傳統(tǒng)的外置數(shù)據(jù)線，降低了漏電等安全風(fēng)險(xiǎn)，提升整體工作的安全性，同時也因?yàn)椴恍枰糁猛庵脭?shù)據(jù)線，使得目前的無線測溫系統(tǒng)具備較強(qiáng)的抗干擾能力，也不會受到振動、溫度、灰塵等外界影響，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

（5）無線測溫系統(tǒng)中的溫度傳感器與計(jì)算機(jī)相連，可以利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，*大限度的節(jié)省了人力，提升工作效率。

（6）信息傳導(dǎo)方面，無線測溫系統(tǒng)使用的是無線通信技術(shù)，操作難度小，且對能源的消耗較小，尤其是市場造價(jià)低，具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2無線測溫系統(tǒng)的適用范圍

無線測溫系統(tǒng)中采用了ZiBee技術(shù)，尤為適用于短距離通信，且隨著技術(shù)的發(fā)展，使其工作范圍包括：35kV以下高壓開關(guān)、110kV以下地下電纜、多種接觸點(diǎn)、繼電器。并于使用過程中注意限制工作電壓。

3無線測溫系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

無線測溫系統(tǒng)，作為21世紀(jì)電力行業(yè)的重要發(fā)展，自從問世以來，就在電氣行業(yè)中有很廣泛的應(yīng)用，隨著無線測溫系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，其工作的效率和產(chǎn)生的效益，被廣大企業(yè)所認(rèn)可并青睞。雖然我國相比英美等發(fā)達(dá)國家腳部的趨勢。

實(shí)例一：

高壓開關(guān)柜即電路中的斷電保護(hù)器，多應(yīng)用于高壓傳輸設(shè)備中的發(fā)電設(shè)備、變壓器、大功率負(fù)載、配電器、傳輸線纜中，傳統(tǒng)電氣行業(yè)中，可以通過較多的設(shè)備來輔助電路控制，其中*為常見的就是對于電路斷電保護(hù)系統(tǒng)，即在電路運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到某種負(fù)荷或溫度過高時，該系統(tǒng)可以自動切斷電路供應(yīng)，預(yù)防發(fā)生安全事故，這說明，在高壓設(shè)備中，各個接口都是預(yù)先固定好的，且位置隱秘，更換困難，隨著時間推移，故障發(fā)生率提升，并增加電阻，產(chǎn)生較多熱量，形成惡性循環(huán)，降低安全性。如果采用人工測量溫度的方式，無法獲取實(shí)時的信息，還易因經(jīng)驗(yàn)的差異性，忽略潛在的問題，不能及時辨別安全隱患，從而造成安全事故，因此，為了規(guī)避這一不良風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)引入無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，如河北宣化鋼鐵集團(tuán)一樣，從而實(shí)現(xiàn)對變電站高壓開關(guān)柜內(nèi)觸電和電纜接頭溫度的實(shí)時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時對異常溫度過熱的情況進(jìn)行處理，保證安全性，降低安全事故的發(fā)生率。

實(shí)例二：

某化工集團(tuán)備有30MW、60MW、13.5MW不同功率的發(fā)電機(jī)組，數(shù)量1～3臺，作用：工廠供水、供電、供暖，由于負(fù)荷較大，且隨著近幾年工廠用電需求增多，電氣設(shè)備不斷的改造，進(jìn)一步增加了用電的負(fù)荷量，從而使得該企業(yè)在多年以前檢修時發(fā)現(xiàn)發(fā)電組接線部分因過熱而產(chǎn)生的一定程度損壞，增加安全隱患。之后該企業(yè)投入了無線測溫系統(tǒng)，將溫度傳感器系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連接，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)測的情況，以便于工作人員及時掌握設(shè)備的實(shí)時情況，對于異?，F(xiàn)象及時處理，及時排查安全隱患，保證該企業(yè)工廠的安全。

4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。

5系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

6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：

1）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)。

2）溫度曲線：查看每個測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線。

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

4）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(bào)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。

5）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(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

7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(jì)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。

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(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約
智能通信管理機(jī)		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(kuò)展。
無線測溫集中采集設(shè)備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標(biāo)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(diǎn)、變壓器繞組、點(diǎn)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(hù)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(diǎn)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(jī)繞組測溫時，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好Pt100
	NTC	用于低壓接點(diǎn)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(jī)繞組測溫時，建議變壓器或電機(jī)內(nèi)部預(yù)埋好

8結(jié)語

傳統(tǒng)電氣設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時溫度監(jiān)測，也不具備全自動溫度監(jiān)測，設(shè)備落后，難以及時辨別異常溫度升高的情況，降低工作效率，加上部分電氣設(shè)備中的溫度監(jiān)測是定制完成，統(tǒng)一規(guī)格，導(dǎo)致應(yīng)用范圍狹窄，并且缺乏測溫的統(tǒng)一規(guī)定，導(dǎo)致通用型不強(qiáng)，尤其是零件出現(xiàn)故障、損害后，難以替換，從而影響推廣性。因此，要想進(jìn)行溫度監(jiān)測的技術(shù)革新，就需要結(jié)合目前實(shí)際情況，包括：高壓電氣企業(yè)的電站設(shè)備、溫度監(jiān)測需求等，制定出符合實(shí)際情況的全自動化溫度監(jiān)測系統(tǒng)，確保高壓電氣設(shè)備周期的穩(wěn)定運(yùn)行。無線測溫系統(tǒng)又稱“無線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)”，其具備實(shí)時在線監(jiān)測、工作環(huán)境惡劣、安裝方便、預(yù)警及時等特點(diǎn)，可以有效保證高壓電氣設(shè)備的安全性。無線測溫系統(tǒng)由無線溫度傳感器、測溫通信終端（溫度接收儀）、溫度監(jiān)測預(yù)警工作站三部分組成，其中，無線溫度傳感器可以測量接觸點(diǎn)的溫度，無線溫度接收儀負(fù)責(zé)接收各無線溫度傳感器（探頭）測量和發(fā)送出的溫度數(shù)據(jù)，通過總線連接，將數(shù)據(jù)上傳至管理計(jì)算機(jī)，響應(yīng)管理軟件命令，而工作站系統(tǒng)屬于無線測溫客戶端軟件，可以便于實(shí)時觀察到監(jiān)測的結(jié)果，包括溫度數(shù)據(jù)的變化曲線，以便及時發(fā)現(xiàn)溫度過熱、或急劇升溫到設(shè)置報(bào)警溫度立即報(bào)警。因此，在無線測溫系統(tǒng)的干預(yù)下，工作人員可以及時明確溫度測量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)溫度變化，及時鑒別安全隱患，并處理，保證生產(chǎn)設(shè)備的效率以及安全性能，此外，無線傳輸技術(shù)摒棄了外置數(shù)據(jù)線，*大限度減少了傳輸過程中的電容、電感耦合，提升了高壓電氣設(shè)備的使用安全性。并且隨著該項(xiàng)技術(shù)的不斷普及，無線測溫系統(tǒng)已經(jīng)不局限于電氣企業(yè)中，于各行各業(yè)都有了廣泛的推廣，在其作用下，工作人員可以進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，對溫度進(jìn)行高效管理，*大限度的推動了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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審核編輯 黃宇