煤礦井下高低壓開關(guān)測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)研究與應(yīng)用

趙新平

（陽(yáng)煤集團(tuán)技術(shù)中心 山西省陽(yáng)泉市 045000）

1 研究背景

井下變電所是煤礦非常重要的供電設(shè)備，設(shè)備能否正常運(yùn)行直接影響煤礦的正常生產(chǎn)及安全運(yùn)營(yíng)，因此，很有必要對(duì)變電所開關(guān)柜運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并及時(shí)檢修。

目前煤礦采取的措施是人工巡檢，依靠巡檢人員使用手持式紅外測(cè)溫儀對(duì)設(shè)備溫度進(jìn)行檢測(cè)，不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，因此采用的檢修方式為定期檢修更換元件。對(duì)于負(fù)荷不是特別大的供電設(shè)備可以采取這種檢修方式，但對(duì)于負(fù)荷加大的設(shè)備，因異常設(shè)備發(fā)熱引起的故障無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。井下高低壓開關(guān)測(cè)溫?zé)o線傳輸在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度，通過(guò)軟件數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)觸點(diǎn)的故障趨勢(shì)和溫度變化率分析，歷史數(shù)據(jù)保存與分析，異常數(shù)據(jù)保存與分析，當(dāng)溫度超限時(shí)能及時(shí)告警，并準(zhǔn)確提供電纜、觸點(diǎn)等的故障部位，是實(shí)現(xiàn)預(yù)期型檢修方式的重要途徑。

2 煤礦井下高低壓開關(guān)測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

井下高低壓開關(guān)測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)采用先進(jìn)的無(wú)源PFID 無(wú)線射頻技術(shù)、PN 數(shù)字溫度傳感技術(shù)，其特點(diǎn)是低功耗、接觸式、主動(dòng)性的測(cè)溫?zé)o線傳輸傳感器，安裝在被測(cè)物體（發(fā)熱部位）的表面，能真實(shí)地反映設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度。結(jié)合現(xiàn)有通信技術(shù)，組成了一個(gè)功能強(qiáng)大的井下開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)安全預(yù)警平臺(tái)。

（1）測(cè)溫傳感器安裝在井下高電壓、強(qiáng)電磁干擾及高密封的環(huán)境中，要求測(cè)溫傳感器具有高絕緣、抗電磁干擾等性能。同時(shí)傳感器還應(yīng)具有低功耗、耐高溫、安裝簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

（2）利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和查詢，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和趨勢(shì)分析進(jìn)行診斷。能對(duì)設(shè)備的異常事件自動(dòng)報(bào)警和進(jìn)行一定的故障預(yù)判。

（3）本系統(tǒng)可與配電室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)方監(jiān)控中心，安防監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)操作，構(gòu)建起設(shè)備與設(shè)備之間的信息聯(lián)絡(luò)和共享平臺(tái)。

（4）可在高電壓、強(qiáng)電磁及高密封性的環(huán)境下工作，并且不會(huì)對(duì)其它設(shè)備產(chǎn)生干擾。

（5）可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，可以全天候24h 無(wú)遺漏對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集。

（6）具有報(bào)警功能：超溫報(bào)警和同一處A、B、C 三相溫度不平衡報(bào)警。超溫報(bào)警具有預(yù)警和報(bào)警兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且報(bào)警時(shí)具有聲、光兩種方式。報(bào)警限值由用戶設(shè)定。

（7）系統(tǒng)界面為一次系統(tǒng)圖上顯示各點(diǎn)溫度，也可列表顯示實(shí)時(shí)溫度、報(bào)警信息。

（8）繪制每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度的當(dāng)日實(shí)時(shí)曲線，實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖和列表分析。

（9）監(jiān)控中心的監(jiān)控管理軟件支持對(duì)歷史數(shù)據(jù)多條件的查詢。（10）測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)信息可進(jìn)行遠(yuǎn)傳共享。

表1

表2

表3

（11）所有測(cè)溫設(shè)備安裝不影響開關(guān)的正常運(yùn)行，安裝簡(jiǎn)單，只需要在開關(guān)內(nèi)取一組電源，無(wú)需對(duì)原開關(guān)進(jìn)行改動(dòng)，不影響開關(guān)的防爆性能及結(jié)構(gòu)，可有效保證開關(guān)整體的可靠與安全性。

3 方案對(duì)象

針對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)一礦井下吳家掌配電室、二中央配電室、丈八三區(qū)配電室、紅簡(jiǎn)溝配電室、十四采區(qū)配電室、十三采區(qū)配電室、三區(qū)輔助軌道巷配電室、陽(yáng)坡堰配電室90 臺(tái)高壓配電裝置（540 個(gè)點(diǎn)）的溫度情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警及高溫點(diǎn)位置預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

3.1 系統(tǒng)工作原理

測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)的溫度傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器安裝在開關(guān)內(nèi)部。溫度傳感器安裝在需要測(cè)量溫度的位置，如開關(guān)動(dòng)靜觸頭，安裝時(shí)根據(jù)安裝位置的不同，采用綁帶、螺絲等固定方式，緊貼被測(cè)點(diǎn)表面，使所測(cè)溫度與實(shí)際溫度相符，通過(guò)無(wú)線傳輸將所測(cè)溫度傳給信號(hào)轉(zhuǎn)換器。信號(hào)轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)天線，一個(gè)安裝在開關(guān)內(nèi)部，另一個(gè)經(jīng)過(guò)本安處理后安裝在開關(guān)外部。信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)開關(guān)內(nèi)的天線，接收無(wú)線溫度傳感器的信號(hào)，并通過(guò)外部的本安天線將信號(hào)發(fā)送給測(cè)溫主機(jī)。

測(cè)溫主機(jī)安裝在井下配電室（點(diǎn)）或其它需要測(cè)溫的開關(guān)附近。測(cè)溫主機(jī)通過(guò)無(wú)線接收信號(hào)轉(zhuǎn)換器傳回的溫度信號(hào)。主機(jī)可用來(lái)管理所有信號(hào)轉(zhuǎn)換器及溫度傳感器，顯示本機(jī)管理的所有溫度信號(hào)，當(dāng)有溫度超過(guò)報(bào)警值后會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，提示工作人員。測(cè)溫主機(jī)可通過(guò)RS485 或以太網(wǎng)與測(cè)溫工作站通信。通過(guò)以太網(wǎng)通信時(shí)，可支持網(wǎng)線和光纜兩種傳輸方式。通信時(shí)可通過(guò)井下環(huán)網(wǎng)將各測(cè)點(diǎn)的溫度綁定發(fā)送到地面測(cè)溫系統(tǒng)后臺(tái)，即測(cè)溫工作站。

測(cè)溫工作站安裝在井上調(diào)度室，可用來(lái)管理所有的測(cè)溫主機(jī)、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、無(wú)線溫度傳感器，具有溫度曲線、歷史記錄、超溫報(bào)警等功能。

3.2 系統(tǒng)組成

基于煤礦井下高低壓開關(guān)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)包括:無(wú)線溫度傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器、測(cè)溫主機(jī)、測(cè)溫工作站（后臺(tái)集控中心）組成。如圖1所示。

3.2.1 無(wú)線溫度傳感器

在井下開關(guān)內(nèi)部每一個(gè)需要監(jiān)測(cè)溫度的節(jié)點(diǎn)上安裝一個(gè)無(wú)線溫度傳感器，該傳感器每隔設(shè)定時(shí)間自動(dòng)測(cè)量所在位置的溫度，并將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器。如表1所示。

3.2.2 信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器

信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器安裝在開關(guān)內(nèi)部，主要用來(lái)自動(dòng)接收開關(guān)內(nèi)部無(wú)線溫度傳感器的溫度信號(hào)，將接收到的開關(guān)內(nèi)所有溫度傳感器的溫度信號(hào)統(tǒng)一編碼打包后，發(fā)送給測(cè)溫主機(jī)。

信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器配有兩個(gè)天線，一個(gè)安裝在開關(guān)內(nèi)部，一個(gè)安裝在開關(guān)外部，分別用來(lái)接收和發(fā)送溫度信號(hào)。如表2所示。

3.2.3 溫度測(cè)量主機(jī)

溫度測(cè)量主機(jī)安裝在井下配電室或配電點(diǎn)，用來(lái)接收和管理本配電室內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器及無(wú)線溫度傳感器?？砂l(fā)出的溫度異常報(bào)警，以及查詢、統(tǒng)計(jì)本主機(jī)管理的所有數(shù)據(jù)。如表3所示。

4 工業(yè)應(yīng)用效果

4.1 安裝方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，也為了便于開關(guān)柜的后期維護(hù)，我們考慮將傳感器的安裝設(shè)計(jì)成可拆卸式的方法。用環(huán)氧樹脂膠將傳感器緊密粘貼于動(dòng)觸頭表面上。此方法既能準(zhǔn)確測(cè)出負(fù)載相的實(shí)時(shí)溫度，也利于后期檢修設(shè)備時(shí)而不損壞傳感器。具體安裝位置如圖2。

4.2 試驗(yàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面

如 圖3所示。

圖1

圖2

圖3：二中央配電室

5 達(dá)到效果

煤礦井下高低壓開關(guān)測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦開關(guān)柜內(nèi)溫度監(jiān)測(cè)，可以減少勞動(dòng)量，提高工作效率，消除了人員檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)性更好。通過(guò)無(wú)線傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)部位實(shí)施在線測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)溫度及傳輸數(shù)據(jù)完全無(wú)源化。通過(guò)對(duì)重要設(shè)備的關(guān)鍵部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有利于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障點(diǎn)，并及時(shí)檢修，對(duì)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守化智能礦井提供技術(shù)支持。

該項(xiàng)目是解決煤礦井下高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)的最佳手段，作為新一代煤礦安全檢測(cè)技術(shù)，方便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程檢測(cè)，分析關(guān)鍵部位的溫度動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。對(duì)保障企業(yè)安全生產(chǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，具有廣泛的應(yīng)用前景。