無線測(cè)溫系統(tǒng)在高壓電氣設(shè)備上的應(yīng)用

摘 要：為了避免輸送電力資源的設(shè)備，如傳輸線纜、變壓器、高壓開關(guān)等由于連接部分過熱而發(fā)生損壞事故，研制了一種無線測(cè)溫系統(tǒng)，用于檢測(cè)高壓設(shè)備器件的運(yùn)行情況，及時(shí)消除安全隱患。

關(guān)鍵詞：無線測(cè)溫系統(tǒng);高壓電氣設(shè)備;溫度傳感器;無線溫度檢測(cè)器

0 引言

近年來隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，企業(yè)在生產(chǎn)過程中使用的電力負(fù)荷也隨之加重，經(jīng)常會(huì)發(fā)生因負(fù)載過多而導(dǎo)致電路設(shè)備燒毀的情況，對(duì)企業(yè)造成不小的財(cái)產(chǎn)損失。為有效檢測(cè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的溫度變化狀況，研制了一種無線測(cè)溫系統(tǒng)，利用溫度傳感器與無線傳輸系統(tǒng)相結(jié)合的方法，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備溫度變化的目的。

1 無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

無線測(cè)溫系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度的硬件結(jié)構(gòu)，即溫度傳感器，另一部分是傳輸并顯示檢測(cè)結(jié)果的結(jié)構(gòu)，本研究將其集成在溫度檢測(cè)器中。溫度傳感器一般位于高壓開關(guān)柜、電纜接頭、保險(xiǎn)絲等接口處，為保證測(cè)量精度，傳感器與被測(cè)點(diǎn)一般處于同一電位，然后通過無線傳輸技術(shù)將所得數(shù)據(jù)傳輸并顯示到控制分析器件中。為保證該測(cè)溫系統(tǒng)的用電安全，高壓工作部分與低壓工作部分應(yīng)實(shí)現(xiàn)電氣隔離，以免發(fā)生漏電等事故。溫度接收裝置一般安裝在工作器件的外表面，并設(shè)置有多個(gè)通道，以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，之后將接收器收到的數(shù)據(jù)通過串口或者并口數(shù)據(jù)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，由事先編輯好的程序進(jìn)行分析和處理。

1.1? ? 溫度傳感器

溫度傳感器的主要功能是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，常用的有Pt100熱電偶傳感器，測(cè)量精度為0.1 ℃。無線溫度傳感器除溫度檢測(cè)元件外，還包括供電電源、測(cè)量電路、邏輯控制電路以及一定頻率下的無線通信電路，溫度傳感器要與被測(cè)物體表面緊密接觸。為了適應(yīng)高溫工作環(huán)境，無線溫度傳感器通常要用高溫高壓的熱縮管進(jìn)行封裝，還要具備一定的防水防塵能力，以滿足長(zhǎng)時(shí)間工作需求。由于無線溫度檢測(cè)系統(tǒng)的工作空間一般都比較小，因此在封裝時(shí)應(yīng)盡量減小其體積，以適應(yīng)工作環(huán)境。

在使用溫度傳感器時(shí)，可利用耐高溫的尼龍絲或粘貼的方法將已經(jīng)封裝好的溫度檢測(cè)器固定于物體表面，但要注意保持接觸的緊密度，以減少測(cè)量誤差。溫度傳感器應(yīng)有比較寬的線性工作范圍，一般選擇-55～130 ℃的傳感器，對(duì)于不同的工作環(huán)境，應(yīng)根據(jù)精度和誤差要求進(jìn)行選擇。

1.2? ? 無線溫度檢測(cè)器

無線溫度檢測(cè)器有多個(gè)接收通道，可同時(shí)對(duì)來自多個(gè)位置的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并顯示。檢測(cè)器中設(shè)置有閾值判定模塊和故障處理模塊，工作人員事先設(shè)定一個(gè)安全范圍，檢測(cè)器在接收到數(shù)據(jù)之后與設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)溫度高于閾值就轉(zhuǎn)入故障處理模塊，檢測(cè)器顯示屏上會(huì)輸出警告字樣，同時(shí)輸出一系列高低電平以驅(qū)動(dòng)報(bào)警指示燈和音響工作。

除具有基本的分析報(bào)警功能之外，無線溫度檢測(cè)器還具有信息傳輸功能，在實(shí)際應(yīng)用中可通過數(shù)據(jù)線或者串/并口通信芯片與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，工作人員可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，同時(shí)分析多個(gè)開關(guān)和接觸點(diǎn)的工作情況，及時(shí)排查安全隱患。

1.3? ? 實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)軟件系統(tǒng)

為降低工作人員的工作量，技術(shù)人員設(shè)計(jì)開發(fā)了與上述無線溫度檢測(cè)系統(tǒng)相匹配的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)軟件，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和處理。該軟件安裝于與無線溫度檢測(cè)系統(tǒng)相連接的計(jì)算機(jī)上，具備溫度顯示功能、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、歷史數(shù)據(jù)分析對(duì)比功能、故障警示功能和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析功能，可以幫助技術(shù)人員處理海量數(shù)據(jù)，提煉有用信息，對(duì)各個(gè)設(shè)備溫度的變化情況進(jìn)行對(duì)比和分析，及時(shí)匯報(bào)異常狀態(tài)，保證各個(gè)設(shè)備的安全運(yùn)行。同時(shí)，該軟件還具有強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算功能和可視化能力，可以將一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)以曲線圖的方式展示，并標(biāo)注其中的異常點(diǎn)，提醒維修人員檢查。

2 無線測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及適用范圍

無線測(cè)溫系統(tǒng)的通信頻段一般設(shè)置為2.3～2.5 GHz，處于高頻波段，抗干擾能力強(qiáng)。通信技術(shù)選擇ZigBee技術(shù)，適用于短距離通信，使用復(fù)雜度較低，具有低功耗、低成本的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)處理能力強(qiáng)。溫度傳感器中安裝有天線，可以保證通信效率，體積較小，便于安裝和使用，內(nèi)部采用鋰電池供電，使用壽命長(zhǎng)。傳感器使用二進(jìn)制編碼，處理分析方便。

溫度傳感器在使用時(shí)應(yīng)用無線傳輸技術(shù)，不需外接數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)安全性能高，漏電風(fēng)險(xiǎn)小。由于溫度傳感器在信息傳輸時(shí)不需要使用外部數(shù)據(jù)線，因此不會(huì)受到溫度、濕度、灰塵、振動(dòng)等的影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)。溫度傳感器與計(jì)算機(jī)連接并通過計(jì)算機(jī)中的軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，具有良好的實(shí)時(shí)性，同時(shí)還可節(jié)省人力資源，提高工作效率。與傳統(tǒng)的紅外測(cè)溫傳感器相比，本研究提出的無線測(cè)溫系統(tǒng)不需要人工進(jìn)行操作，受周圍環(huán)境、設(shè)備構(gòu)造的影響比較小，測(cè)量精度比較高。

目前研制的無線測(cè)溫系統(tǒng)工作范圍為35 kV以下高壓開關(guān)、繼電器以及多種接觸點(diǎn)，地下電纜的最高檢測(cè)電壓為110 kV，在使用時(shí)要注意工作電壓的限制。

3 無線測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例

無線測(cè)溫系統(tǒng)繼研發(fā)以來，受到了廣大生產(chǎn)企業(yè)的青睞，應(yīng)用十分廣泛，英美等發(fā)達(dá)國家對(duì)這方面的研究起步較早，我國雖然研發(fā)較晚，但也取得了一系列成果，尤其是近幾年發(fā)展十分迅速。

高壓開關(guān)柜即電路中的斷電保護(hù)器，主要應(yīng)用于高壓傳輸設(shè)備中的發(fā)電設(shè)備、傳輸線纜、配電器、變壓器以及大功率負(fù)載中。其中的觸頭和接點(diǎn)通常是固定封裝，位置比較隱秘，使用時(shí)間較長(zhǎng)會(huì)發(fā)生氧化損壞、接口松動(dòng)等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致開關(guān)柜的電阻增大，在使用過程中產(chǎn)生熱量增多，使得金屬膨脹、氧化，電阻進(jìn)一步增大，久而久之形成惡性循環(huán)。使用人工方法進(jìn)行溫度檢測(cè)無法得到實(shí)時(shí)信息，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故隱患，可能會(huì)釀成安全事故。為解決因高壓開關(guān)柜溫度檢測(cè)不及時(shí)而帶來的安全隱患，河北宣化鋼鐵集團(tuán)在其旗下子公司一變電站成功引入了無限溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)和電纜接頭溫度的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度過熱情況并進(jìn)行處理，避免了多起事故的發(fā)生。

某化工集團(tuán)自備發(fā)電廠中分別配備有功率為30 MW、60 MW和13.5 MW的發(fā)電機(jī)組，數(shù)量在1～3臺(tái)不等，主要功能是為工廠供水、供電、供暖。近幾年來工廠用電需求逐漸增多，電氣設(shè)備也進(jìn)行了一定的改造，用電負(fù)荷日益增大。5年前該工廠在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組接線部分由于過熱而發(fā)生了一定程度的損壞，安全隱患很高，因此工廠引入了無線測(cè)溫系統(tǒng)，并將溫度傳感器處理系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)后臺(tái)連接，工作人員可以及時(shí)全面掌握設(shè)備運(yùn)行情況，排除安全隱患。

4 結(jié)語

無線測(cè)溫系統(tǒng)由溫度傳感器、通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等組成，并通過數(shù)據(jù)線或者通信芯片與上級(jí)計(jì)算機(jī)連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)高壓電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)預(yù)處理，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，保證生產(chǎn)設(shè)備的安全性能。無線傳輸技術(shù)無需使用外部電線，可以有效減少傳輸過程中的電容耦合和電感耦合，實(shí)現(xiàn)高壓環(huán)境檢測(cè)設(shè)備與次級(jí)處理設(shè)備之間的電氣隔離，具有較高的安全性能，在高壓電氣設(shè)備安全檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

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收稿日期：2020-01-10

作者簡(jiǎn)介：郭東（1983—），男，山東日照人，工程師，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)電氣及自動(dòng)化設(shè)備的維護(hù)、改造工作。