柏為為

安科瑞電氣股份有限公司 201801

摘要：采集關(guān)鍵電力設(shè)備接點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，克服有線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的諸如線(xiàn)路多，布線(xiàn)復(fù)雜，維護(hù)困難，高壓隔離等方面的不足，將測(cè)溫傳感器與無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)云端與電力自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，云邊協(xié)同，實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)方案。無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)一步在電廠推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)測(cè)溫   無(wú)源無(wú)線(xiàn)傳感器  電氣接點(diǎn)測(cè)溫  測(cè)溫系統(tǒng)

1 鋼鐵工業(yè)電氣裝置需求分析

鋼鐵工業(yè)是個(gè)龐大復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng), 大量使用中低壓開(kāi)關(guān)柜、高壓電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備。 對(duì)自動(dòng)化程度和連續(xù)生產(chǎn)的高要求,不僅對(duì)其供電可靠性越來(lái)越高,而且對(duì)鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵的配電及高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定可靠性也提出了更高的要求。 電氣設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中,電氣一次模塊觸點(diǎn)和連接等部位因老化或接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱, 進(jìn)而導(dǎo)致接頭異常升溫甚至引發(fā)燃爆事故。變電站或配電室內(nèi)開(kāi)關(guān)柜等電氣設(shè)備安裝密集,電動(dòng)機(jī)也都是各工藝段的關(guān)鍵設(shè)備,故此類(lèi)事故可能會(huì)導(dǎo)致大量電氣設(shè)備損壞,并引發(fā)下游大范圍供電線(xiàn)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(lái),傳感器及物聯(lián)網(wǎng),設(shè)備的在線(xiàn)監(jiān)測(cè),及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)合鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)及需求,新技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)解決此類(lèi)問(wèn)題提供了新的解決方案。

2 關(guān)鍵新技術(shù)的選用

針對(duì)上述提出的問(wèn)題,結(jié)合溫度傳感器、Sub-1G無(wú)線(xiàn)傳輸、云應(yīng)用及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)現(xiàn)狀,本文提出了多種新技術(shù)的解決方案并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行應(yīng)用。

2.1 溫度測(cè)量技術(shù)的選用

傳統(tǒng)的測(cè)溫方法包括通過(guò)熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫,溫度傳感器與測(cè)溫儀之間采用金屬導(dǎo)線(xiàn)傳輸溫度信號(hào)。電氣設(shè)備測(cè)溫檢測(cè),由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點(diǎn)/觸點(diǎn)上,其信號(hào)傳輸金屬導(dǎo)線(xiàn)的絕緣性能無(wú)法保證。 同時(shí),對(duì)于改造類(lèi)項(xiàng)目實(shí)施難度較大,因此推薦采用無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方法進(jìn)行檢測(cè)。目前無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方法包括電磁感應(yīng)供電無(wú)線(xiàn)測(cè)溫、電池供電無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方式及紅外在線(xiàn)測(cè)溫方式。紅外測(cè)溫需要鏡頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)熱點(diǎn),塵土震動(dòng)對(duì)其影響較大;有源無(wú)源測(cè)溫較合適,無(wú)需布線(xiàn),易于安裝,但有源測(cè)溫需要外供電池,受電池壽命影響,需要更換;電磁感應(yīng)供電無(wú)線(xiàn)測(cè)溫具有測(cè)溫速度快、周期短、免維護(hù)、使用壽命長(zhǎng)、故障率低等特點(diǎn)。表1詳細(xì)比較了各種無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方法的性能。

表 1 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)性能比較

2.2無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)選用

無(wú)線(xiàn)通信是利用電磁波信號(hào)在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式,其中應(yīng)用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無(wú)線(xiàn)通信方式包括:Sub-1G技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)、工業(yè)無(wú)線(xiàn)技術(shù)( WiFi)、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場(chǎng)通信技術(shù) (NFC)。

藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù),傳輸距離10m范圍以?xún)?nèi),傳輸速率約1 Mb / s,其有效速率約為 723 kb / s;超寬帶技術(shù) (UWB)傳輸速率一般結(jié)余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m;近場(chǎng)通信技術(shù)(NFC)適用于近距離貼近操作。Sub-1G技術(shù)的主要特征包括:傳輸速率較低;通信距離較長(zhǎng);設(shè)備功耗極低,發(fā)射輸出僅為10dBm;通信組網(wǎng)簡(jiǎn)潔。這些主要特征使Sub-1G 通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。表2給出了幾種技術(shù)性能比較。

表2 無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)性能比較

2.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云技術(shù)選用

傳統(tǒng)的系統(tǒng)監(jiān)控及運(yùn)行一般以集中式或者分布式的 SCADA 系統(tǒng)應(yīng)用為主,并在控制室內(nèi)由操作員及工程師使用。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及智能手機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用,通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)到的關(guān)鍵設(shè)備的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方云服務(wù)器, 特別是對(duì)于區(qū)域廣,布線(xiàn)困難的區(qū)段,數(shù)據(jù)的獲取將會(huì)變得更加方便和容易。傳輸?shù)皆品?wù)器上的數(shù)據(jù)比起傳統(tǒng)專(zhuān)門(mén)的服務(wù)器存儲(chǔ),成本更低,可靠性更高,供不同用戶(hù)使用更方便。通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)器的數(shù)據(jù),可以通過(guò)智能手機(jī)的APP顯示出來(lái),并通過(guò)不同的功能模塊定制化實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同用戶(hù)的需求和設(shè)備使用情況,可以對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照既定算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,及早通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù),并給予用戶(hù)提示或者告警信息,減少及降低設(shè)備故障甚至事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用方案綜述

項(xiàng)目針對(duì)鞍山鋼鐵6KV部分的總站和窯頭站的57面開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行進(jìn)行智能測(cè)溫改造，經(jīng)過(guò)技術(shù)對(duì)比,使用無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度傳感器+溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),準(zhǔn)確的采集關(guān)鍵部位的溫度信號(hào) ,通過(guò)控制中心的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),超溫部位及設(shè)備精準(zhǔn)定位,超溫報(bào)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(xiǎn)。并且測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫信號(hào)的移動(dòng)運(yùn)維,不僅可以通過(guò)智能手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控到關(guān)鍵設(shè)備的溫度,并能在超溫時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),及時(shí)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(wèn)題處理,極大的降低配電裝 置及電氣設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn),保證供電可靠性,生產(chǎn)連續(xù)性及安全生產(chǎn)。

3.1 無(wú)線(xiàn)無(wú)源測(cè)溫:溫度傳感器+Sub-1G 

經(jīng)過(guò)技術(shù)對(duì)比,選定 ATE400無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜關(guān)鍵部位測(cè)溫。其主要性能參數(shù)如表3所示.

表3 ATE400溫度傳感器參數(shù)表

ATE400無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度傳感器基于一次電流進(jìn)行感應(yīng)取電,與測(cè)量點(diǎn)直接接觸可以確保高性能的準(zhǔn)確的溫度監(jiān)測(cè)。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(wú)線(xiàn)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(chǎng)景如圖1所示。

圖1 ATE400傳感器外觀及現(xiàn)場(chǎng)高壓柜觸頭/電纜頭應(yīng)用

3.2 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于測(cè)溫傳感器分布區(qū)域廣,數(shù)量多,測(cè)溫系統(tǒng)架構(gòu)采用以太網(wǎng)作為主要架構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)的各ATE400溫度傳感器通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)綔囟冉邮昭b置，溫度接收裝置通過(guò)Modbus-RTU 通信協(xié)議將溫度信號(hào)傳輸?shù)礁鱾€(gè)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)的以太網(wǎng)交換機(jī),通過(guò)光纖通道傳輸?shù)娇刂浦行牡墓ぷ髡局小y(cè)溫系統(tǒng)云服務(wù)器也接入通信網(wǎng)絡(luò),將各ATE400的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)上傳到云平臺(tái),以供智能手機(jī)的APP使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 測(cè)溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.3無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)

無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)IOT技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)之一，圖3為系統(tǒng)部分功能截圖。IOT由IT信息技術(shù)和OT運(yùn)營(yíng)技術(shù)深度融合,能夠極大的改造電力設(shè)備,實(shí)現(xiàn)過(guò)程和能源的優(yōu)化。本項(xiàng)目中,通過(guò)測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用,會(huì)將變配電站內(nèi)安裝ATE400溫度傳感器的開(kāi)柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,為配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)行維護(hù)作業(yè)管理和設(shè)備資產(chǎn)管理提供“互聯(lián)網(wǎng)+"靈活應(yīng)用方案。而且,測(cè)溫系統(tǒng)可以提供報(bào)警管理,可以根據(jù)嚴(yán)重程度區(qū)分不同等級(jí)的報(bào)警,并通過(guò)短信通知用戶(hù),讓用戶(hù)在短時(shí)間獲取報(bào)警信息,并可以通過(guò)手機(jī)APP 確認(rèn)和記錄報(bào)警事件,篩選和導(dǎo)出報(bào)警信息,形成專(zhuān)門(mén)的報(bào)告,預(yù)防事故及故障的發(fā)生。 除了智能手機(jī)端顯示溫度及提供報(bào)警之外,測(cè)溫系統(tǒng)還可提供資產(chǎn)快查及工單派工的功能,提高用戶(hù)的運(yùn)維效率及智能化程度。

圖3 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)溫度顯示、報(bào)表及曲線(xiàn)等界面

4 結(jié)語(yǔ) 

無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)在鞍山鋼鐵的智能化測(cè)溫改造及應(yīng)用,提供溫度異常告警、實(shí)時(shí)設(shè)備溫度采集、周期性溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)表、設(shè)備狀態(tài)評(píng)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,提高了檢修操作的精準(zhǔn)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(cè),作為下步研究工作方向之一。而且,智能化、萬(wàn)物互聯(lián)等新技術(shù)的應(yīng)用,會(huì)對(duì)運(yùn)維人員的能力及習(xí)慣提出更高的要求,智能化系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高用戶(hù)的實(shí)際體驗(yàn),開(kāi)發(fā)更多更貼近用戶(hù)的功能,比如資產(chǎn)管理、工單處理、故障排除等,得到更多的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉朝霞. 高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力安全技術(shù),2015,17(7):40 - 42.
[2] 田增國(guó),劉晶晶,張召賢.組網(wǎng)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)管理[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[3] 鞏憲鋒,衣紅鋼,王長(zhǎng)松,等.高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測(cè)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(1):155-158.

[4] Q/GDW 166.1-2010,國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定[S].

[5] 段正華,彭俊超,徐安江.無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)在鉛鋅冶煉電力設(shè)備上的應(yīng)用.有色設(shè)備，2021，1：74-79.