浅谈无线测温技术在钢铁行业余能发电厂的应用

安科瑞 华楠 

摘要：介绍了宁波钢铁余能发电厂无线测温技术在电气系统中的应用情况。在国家要求各大企业大力推进智慧工厂＆工业4.0物联网的大环境条件下，为提高工厂设备的智能化水平，该厂在高压电气设备上加装无线测温系统。该系统为电厂长周期稳定运行提供技术保障，同时也节省了劳动力，体现其先进性和必要性。
关键词：智慧工厂 无线测温 供电系统

1前言
       在各国都大力推进工业物联网的今天，我国工信部也及时推出了智慧工厂的概念，目的是要在工业领域大力推进先进的自动化传感技术在装置上的应用，大大提高工厂的生产率。因此对重要电气设备加装无线测温系统可作为今后电气设备状态监测的一种重要手段。

2现状分析
2.1电气设备测温的必要性
       电力系统的发展将向高电压、大容量发展，设备的输送能力的不断增加，电气设备的温升困扰电厂运行的问题将会突显。设备温度是现代电网表征一次输电设备运行正常的一个重要参数，尤其是一次设备的开断点和接触点，其材料受环境污染、长期运行、超载运行、触点氧化、电弧冲击等原因影响在运行时会发热，引起温度不断上升，给设备安全运行埋下了隐患。电力设备过热的原因是多方面的，仅仅监视电流不能准确反映设备是否超温，因为温度是各种因素影响的综合反映。电力设备导电连接处、插接处的电接触状况不良是引起该处温度过高的重要原因，即使在正常电流下也会超过允许温度。因此电气设备温度的有效监测十分必要。
2.2传统测温手段分析
2.2.1红外测温方式红外测温存在精度低、对温度变化不敏感、易受光干扰和适用场合局限较大、只能人工操作的问题，而且红外波不能穿过金属和墙壁，故只能对设备表面看得见的地方温度监测，对设备内部或者死角监测不到。红外成像仪和红外点温枪无法用来测量封闭运行的中高压开关柜和其它电气设备内部温度。
2.2.2光纤测温方式光纤测温可以用来测开关柜内部温度，但存在成本高、结构复杂、调试困难、安装困难，须外加激光源的问题，因此很难推广。且怕水，不耐磨，经常拉断，价格偏贵，故很少使用。
2.2.3测温贴片方式因为高压电气开关柜运行时不能打开柜门，只能通过观察测温贴片变色深浅大致判断发热点温度情况，对于重要的封闭的触头温度无法直观量化，只能现场确认和判断。

3无线测温技术分析
3.1系统组成及功能介绍
       通过无线温度传感器的单片微处理器控制将被测设备温度的无线信号转换成数字信号，再通过无线发射接收模块传递至无线接收仪，微处理器将采集到的温度信息，通过存储芯片送LCD显示器显示，然后将数据通过RS485或光纤，用Modbus开放协议上传到上位机或接入其它自动化管理系统。无线测温系统由三部分组成:温度传感器、温度接收仪、后台系统。
其拓扑结构图如下:

3.2测温传感器原理及功能
       无线测温传感器采用CT取电，CT取电原理上没有传统电池供电的缺点，也无需任何外部电源接线，因此采用CT取电的无源无线温度传感器更适用于电力系统。首先，取电线圈通过感应磁芯感应出线路中的电流，通过I/V转换电路，将电流转换为电压，当电压超过一定值时，电路中的过压保护电路产生作用，将电高电压限定在一定值范围，再通过后级的稳压电路，给CPU和无线射频模块提供稳定的工作电压。前端温度探头直接和监测点接触进行感温，探头的输出经过A/D转换部分，将温度信号转换成数字信号，输出到MCU，MCU将该温度信号通过射频单元电路发送到无线温度接收仪。测温传感器采用433MHz无线频段通讯技术传输温度信号，测温传感器与接收主机为无线通讯不需要任何接线确保任何绝缘安全问题。
       由于每个传感器安装位置不同，报警阀值也不相同，可单独设置每个传感器的报警温度值。在测量时间间隔内温度超过阀值可主动启动发射上传，可单独设置每只的报警温度值;根据温度变化，温度变化≤2℃时，5分钟发送一次数据，温度变化≥2℃时，1分钟发送一次数据。

表1A-09-1型阿米特无线无源式温度传感器技术参数

3.3无线温度接收仪
       无线温度接收仪可根据现场环境，安装在开关室或控制室内。主要工作原理为:交直流电源经过防雷保护电路，经过AC/DC电源电路转换后给设备提供电源;MCU经过射频部分电路实时接收传感器数据或者对各传感器系统参数进行设置，接收的温度数据保存在存储芯片中，通过液晶屏进行显示，并通过RS485、以太网等通信接口(如为光纤通信需经过数据转
换)传输至服务器的系统软件。

表2A-09-240型阿米特无线温度接收仪技术参数

3.4后台功能
       通过RS485、以太网等通信接口将采样数据集成至温度检测预警工作站。温度检测预警工作站:温度数据发送时间间隔（1分钟－24小时）和温度报警阀值可由上位机软件设定，上位机直接发下行命令给温度接收仪，温度接收仪以无线方式直接设定和更改温度传感器测量时间间隔和报警值，实现双向智能化。温度检测计算机从测温通讯终端采集各监测点的运行温度数据，实时显示监测点的温度数据，具备查询历史曲线以图形化的方式反映状态量的变化情况。

4无线测温系统在余能发电厂10kV高压柜及厂用变压器上的应用
4.1余能发电厂10kV供电系统
       我厂10kV供电系统为单母线分段接线运行方式，发电机并网前厂用电负载由烧结变电所开关出线提供启备电源。发电机并网后由快切装置进行备用和工作段的电源无扰切换，将电源转换为发电机供电。10kV负载主要为电厂各类辅机，如水泵、风机、厂变。
4.2当前高压开关柜和厂用变压器温度监视存在的问题分析
4.2.1高压开关设备
       余能发电厂高压开关柜都是封闭式结构，还带防误闭锁。运行时不能打开遮挡红外检测的门或盖板进行红外检测。目前高压开关柜内电缆出线端只能借助测温贴片的变色进行人工判断，而设备内部母排温度则无法进行检测。设备内部导电的接头和插头在运行、动作过程会因磨损、机械操作和短路电动力引起机械振动等原因使接触电阻增加，引起温度升高，为设备安全运行埋下隐患。据不完全统计全公司高压开关故障频繁的部位在开关设备手车触头和进出线端电缆连接处。
4.2.2变压器的低压出线端
       我厂两台10kV/400V，630KVA容量高压干式电力变压器，其二次侧电压为400V等级。运行过程中电流大是威胁设备安全运行的主要因数，对其二次绕组的温度监测，以前通过测温贴片的变色来进行人工判断。这种离线式的人工监视显然是不可靠的。在《电力变压器运行规程》中第5.1.4条变压器日常巡视检查内容中规定，其引线接头、电缆、母线应无发热
迹象。由于巡查工作量大，容易被忽视，造成事故。综上所述，高压开关和厂用变压器作为电能传输的重要设备，对其运行时的温度监视显得尤为重要，所以对其加装无线测温系统是十分必要的。
4.2.3余能发电厂测量点位置选择
       在10kV送风机、引风机、给水泵、凝结水泵、闭式水泵、循环水泵高压开关柜馈出电缆接头处和厂用变压器低压母排侧安装A-09-1型无线测温传感器，在10kV配电室内安装一块A-09-240型接收仪。后台系统采用与DCS数据集成得方式实现。

5测量信息与DCS系统数据集成
       通过加装的无线测温传感器将现场温度数据采集到接收仪，再使用MODBUS协议经485串口通讯至电厂OVATIONDCS系统的LC卡处。在进行通讯前，需对串口通讯协议、数据清单、数据长度、数据类型、小数点及几位小数等进行校核。完成通讯后，将采集的温度信号放置在余能发电厂10kV系统中并可与系统中电流，工艺参数等进行交叉历史查询，亦可在程序中设置温升速率及阈值等保护预警功能。未来可根据电气设备异常时的温度特点，引入模型化或智能化算法进行更有效的设备管理。

6安科瑞无线测温监控系统及在线测温产品介绍
6.1系统介绍
       Acrel-2000T无线测温监控系统，是我司根据电力设备安全性的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的新一代无线测温监控系统。本系统具有超温告警等功能，可以帮助值班人员尽早发现问题，消除隐患，确保电力系统的安全运行。为电力设备的安全、经济、可靠运行提供了全新的解决方案。
6.2结构图
 

6.3主要功能
       数据采集与处理（模拟量、开关量、电度、SOE、定值）
       控制操作（断路器、隔离开关、分接头、复归）
       报警及处理功能（设备状态异常或故障、测量值越限，声音、颜色、闪烁）
       事件顺序记录SOE（分合闸记录、保护及自动装置的动作顺序记录）
       远动功能（为调度中心提供相关运行数据和设备状态）
       时钟同步（北斗GPS纳秒级，满足间隔层子系统标准时钟误差不大于1ms）
       人机联系与运行管理（控制、查看、数据库定义修改、报警确认、二次开发、事故记录检索、在线设备管理）
       与其他设备接口（微机保护、电力仪表、直流屏、故障录波仪、模拟屏、调度）
6.4软件功能

6.5测温产品介绍
       温度传感器
       a.电池供电型无线温度传感器
       安装于发热部位，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。
       目前安科瑞无线温度传感器有三款：

b.CT感应取电无线温度传感器

安装于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。

目前无线温度传感器有两款：

接收/显示单元

a.接收单元

b.显示单元

7总结
       通过对余能发电厂供电系统高压开关柜出线电缆接头处和变压器二次侧母排加装无线测温系统，使电气维护的管理水平上了一个台阶。建立了针对开关柜和变压器的智能在线监测系统，使得以前需要人工重点巡检的部位变成由工业物联网的测温传感器实现自动化的智能监测。还建立了针对开关柜和变压器电缆接头的数字化管理档案，提高了装置的运行稳定性，为今后的状态检修提供了充足可靠的保障。

参考文献
[1] 许高俊等.高压开关柜有源无线温度在线监测系统设计[J]．电测与仪表.2014（22）:82-86.
[2] 李国，郭辉，竞剑锋，马占峰，殷青云.余能发电厂无线测温技术在电气系统的应用.
[3] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2020.01月版.
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11月版.