無線測溫云監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

黃志鵬

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西壯族自治區(qū)柳州市 545002）

1 前言

柳鋼熱軋廠2032 線、1450 線35kV 高壓配電系統(tǒng)負(fù)責(zé)生產(chǎn)線的供電，設(shè)有2 個(gè)35kV 變電站和多個(gè)10kV 配電站，合計(jì)有61面35kV 高壓開關(guān)柜，這些開關(guān)柜是該廠的主要供配電裝置，保障配電裝置安全運(yùn)行具有重要意義。35kV 高壓開關(guān)柜采用戶內(nèi)型KYN61-40.5 鎧裝移開式交流金屬封閉開關(guān)柜，斷路器采用VN1-40.5E 戶內(nèi)高壓交流固封極柱真空斷路器，及阿?，mAREVA SF6 斷路器。對于封閉金屬開關(guān)設(shè)備，由于隔了2 層鐵板無法視覺直接觀察運(yùn)行情況，也無法用紅外測溫槍、紅外熱成像儀準(zhǔn)確測量電氣連接位置的運(yùn)行溫度，缺乏有效溫度監(jiān)測，依靠變電站值班員平時(shí)點(diǎn)檢35kV 柜內(nèi)元件存在困難；該廠連續(xù)生產(chǎn)要求高、供電負(fù)荷重，35kV 高壓開關(guān)柜執(zhí)行大范圍停電難度大、次數(shù)少，定修檢查排除設(shè)備隱患存在一定的局限性。

2 改造前情況

2.1 供電模式及故障情況

柳鋼熱軋廠2032 線、1450 線，供電負(fù)荷有：主軋機(jī)、液壓站、輥道電機(jī)、各種變頻器、行車電源、低壓動(dòng)力電源、控制電源、檢修電源、公輔水處理設(shè)施；每條生產(chǎn)線主軋機(jī)供電模式為：35kV高壓開關(guān)柜→35kV 整流變→主傳動(dòng)系統(tǒng)→大功率主電機(jī)→傳動(dòng)機(jī)械→主軋機(jī)；所以說35kV 高壓配電系統(tǒng)是整條生產(chǎn)線的核心要害設(shè)備，每次故障將造成生產(chǎn)線長時(shí)間停產(chǎn)，其中2009年-2019年兩條生產(chǎn)線曾發(fā)生35kV 開關(guān)柜進(jìn)線電纜故障跳閘2 次，SVC 的H5H3 濾波通道電纜接地故障各跳閘1 次，SVC 的TCR 柜電纜室避雷器故障1 次，35kV 主變電纜接地故障跳閘1 次，SVC 的TCR柜斷路器靜觸頭斷裂和拉弧故障1 次，每次設(shè)備故障處理對生產(chǎn)線都造成4 小時(shí)以上甚至10 小時(shí)停產(chǎn)，同時(shí)也導(dǎo)致浪費(fèi)煤氣、水、電、壓縮空氣能源消耗?？偨Y(jié)每次設(shè)備故障原因，我們發(fā)現(xiàn)都有溫度異常升高，未能及時(shí)點(diǎn)檢確認(rèn)設(shè)備故障位置現(xiàn)象。由于缺乏有效溫度監(jiān)測，導(dǎo)致35kV 高壓開關(guān)柜失修或者絕緣性能下降，因此提高35kV 高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測水平，做好設(shè)備在線溫度監(jiān)測，對設(shè)備維修維護(hù)具有重要意義。

2.2 在用無線測溫監(jiān)控技術(shù)缺陷

柳鋼熱軋廠2032 生產(chǎn)線曾在2015年實(shí)施改造投用一套無線測溫系統(tǒng)，為第二代有源無線測溫產(chǎn)品，監(jiān)控系統(tǒng)投用后，存在傳感器數(shù)據(jù)失真、不能做預(yù)防性試驗(yàn)，電池失效，更換電池繁瑣的問題，每次設(shè)備年修需拆卸測溫傳感器才能進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，增加了檢修人員維護(hù)工作量；至2019年這套無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)已大部分故障、退出運(yùn)行。

3 新無線測溫監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

無線測溫監(jiān)控技術(shù)從問世至今已發(fā)展至少六代產(chǎn)品，該技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用已有十年以上，應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備監(jiān)控各種范圍區(qū)域，目前在國內(nèi)已有多個(gè)新型科技公司不斷推出新產(chǎn)品，在我國鋼鐵、電力、化工行業(yè)企業(yè)有批量應(yīng)用，無線測溫監(jiān)控技術(shù)由摸索進(jìn)入成熟應(yīng)用階段。

3.1 有源無線測溫監(jiān)控

早期無線測溫技術(shù)，測溫檢測傳感器體積較大，耗電較高，傳感器自帶鈕扣電池或鋰電池，電池續(xù)航力差，能自身產(chǎn)生運(yùn)行所需電源但頻繁更換電池。無線測溫裝置信號較弱，與接收機(jī)距離不能太遠(yuǎn)，這一代的無線測溫監(jiān)測系統(tǒng)，功能較單一，只能采用有線連接。

3.2 無源無線測溫監(jiān)控

3.2.1 傳感器及安裝方式

如圖1所示，新一代無源無線測溫裝置，采用接觸式測溫傳感器，薄片安裝在高壓設(shè)備一次主接線上，當(dāng)電流從高壓設(shè)備母線流過或從分支母線有負(fù)載電流時(shí)，無線測溫裝置的合金薄片取能材料感應(yīng)到電磁能量，經(jīng)過整流濾波傳送到取電功率調(diào)節(jié)和儲(chǔ)能電路中，通過內(nèi)部微電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓電壓輸出，然后傳感器模塊無信通訊芯片將測溫電阻信號發(fā)送至局域接收機(jī)。

圖1：新一代無源無線測溫傳感器及安裝方式

3.2.2 通訊網(wǎng)絡(luò)

如圖2所示，局域接收機(jī)負(fù)責(zé)接收1 個(gè)配電室多個(gè)無線測溫傳感器的溫度信號，根據(jù)配電室占地面積大小，一般設(shè)置1 ～2 個(gè)，已足夠接收多臺高壓開關(guān)柜內(nèi)的無線測溫傳感器信號數(shù)據(jù)；然后局域接收機(jī)通過RS485 通訊/以太網(wǎng)通訊/無線Wi-Fi 方式連接到GPRS 模塊，通過無線網(wǎng)絡(luò)GPS 模塊，將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器和本地服務(wù)器。所有高壓設(shè)備運(yùn)行的溫度數(shù)值、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、報(bào)警信號在本地服務(wù)器，或者云端客戶端均可接收設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)，手機(jī)APP 端也具備實(shí)時(shí)曲線和報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程、手機(jī)各種終端對設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控。

3.2.3 新無線測溫監(jiān)控技術(shù)優(yōu)勢特性

在線監(jiān)測系統(tǒng)，利用新一代無線測溫傳感器接觸式監(jiān)測高壓設(shè)備溫度運(yùn)行情況并分析，捕捉設(shè)備運(yùn)行異常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備事故的早期征兆并采取有效措施：

（1）解決了35kV 高壓開關(guān)柜封閉防護(hù)鐵板擋住，無法監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行溫度的困難，提高了設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測水平；彌補(bǔ)人工巡檢的不足，減小人工維護(hù)成本。

（2）實(shí)現(xiàn)了即時(shí)溫度監(jiān)測與歷史曲線功能，可提前預(yù)設(shè)溫度限值報(bào)警，將設(shè)備隱患消滅在萌芽階段，防止設(shè)備故障發(fā)生。

（3）無線測溫傳感器的測溫壓片，安裝于一次設(shè)備連接位置，緊貼高壓斷路器動(dòng)觸頭，測溫精準(zhǔn)，極小的體積安裝于靜觸頭根部，不影響動(dòng)靜觸頭咬合，不影響絕緣距離。

（4）具有彈性金屬片綁扎或絕緣硅膠帶的安裝件，特別設(shè)置防松動(dòng)固定螺絲，方便35kV 高壓開關(guān)柜斷路器動(dòng)觸頭或靜觸頭安裝，一次安裝可長時(shí)間使用無需檢查；金屬片綁扎片長度可調(diào)，滿足各種規(guī)格電纜和銅排連接。

（5）測溫傳感器壓片合金材料不存在線性區(qū)域，能很快達(dá)到磁飽和，在大電流情況只有很微弱的能量供電，避免發(fā)熱發(fā)抖現(xiàn)象。

（6）有源無線測溫產(chǎn)品使用進(jìn)口的微鋰電池，其續(xù)航能力強(qiáng)，無需頻繁更換電池。若采用感應(yīng)CT 取電的無源無線測溫傳感器，則可以省掉電池，極大的方便檢修維護(hù)人員。

（7）絕緣性能好，耐壓等級高>42kV，既滿足35kV 高壓開關(guān)柜運(yùn)行電壓要求，也不影響35kV 開關(guān)柜母線做交流耐壓試驗(yàn)，每年設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)無需拆解傳感器。

（8）無線測溫傳感器測量溫度范圍寬：-45 ～150℃，滿足高壓開關(guān)柜正常溫度范圍；測溫精度高0.5℃<；測溫速度快，刷新數(shù)據(jù)≤5 秒。

（9）傳感器具備耐高溫、耐老化，并具備在強(qiáng)電磁環(huán)境下正常工作的特性，電磁兼容符合：IEC61000-4-2/3/4/5，GB/T17626-2008III 級標(biāo)準(zhǔn)。

（10）傳感器防護(hù)等級高，可提供IP32 ～I(xiàn)P54，方便室內(nèi)、室外各種環(huán)境使用。

（11）新型的無線測溫傳感器比前幾代產(chǎn)品有更高的柜內(nèi)數(shù)據(jù)穿透能力，柜內(nèi)無線發(fā)射距離：50 米，無線接收空曠距離200 米；無線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)至無線接收終端之間的通信采用433M/470M無線射頻通信；與廠內(nèi)在用對講機(jī)使用頻道不存沖突頻段。

（12）監(jiān)控系統(tǒng)軟件和手機(jī)APP 使用界面智能化，操作步驟簡單。

（13）通訊接口豐富，具備probus DP、RS485、以太網(wǎng)等通訊模式，可實(shí)現(xiàn)有線或WIFI 形式連接。移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)量較小，可實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地監(jiān)控的需要。監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到云端服務(wù)器上，可設(shè)置硬件防火墻，提供安全可靠的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)和長時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。

4 新無線測溫監(jiān)控技術(shù)實(shí)施

2020年3-6月對柳鋼熱軋廠兩線的2 個(gè)35kV 變電站61 面35kV 高壓開關(guān)柜進(jìn)行改造，每面柜斷路器上下動(dòng)觸頭安裝6 個(gè)無源無線測溫傳感器，每面柜電纜室出線銅排電纜連接處安裝3 個(gè)無源無線測溫傳感器，總共安裝450 個(gè)傳感器。有電流負(fù)載的35kV高壓開關(guān)柜，其無線測溫傳感器安裝采用捆綁式，通過合金帶將傳感器固定于需測溫節(jié)點(diǎn)的就近位置，并保證傳感器感溫部位與被檢測部位表面充分接觸以保證測溫效果。對無負(fù)載的35kV PT 柜采用有源測溫傳感器，電池耐用至今未更換。后臺終端與WEB 網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程客戶機(jī)、移動(dòng)終端掌上智能監(jiān)控的功能。該監(jiān)控系統(tǒng)投用后，在2020年11月8日10：30 分成功檢測到515# TCR 開關(guān)柜A 相動(dòng)觸頭運(yùn)行溫度異常（圖3），經(jīng)檢查確認(rèn)動(dòng)觸頭彈簧老化、接觸力下降導(dǎo)致溫度升高，及早發(fā)現(xiàn)預(yù)防設(shè)備隱患，為檢修維護(hù)人員提供了檢修依據(jù)；該系統(tǒng)投用至今，提高了設(shè)備監(jiān)控水平的提高，檢修準(zhǔn)確性提高，兩線35kV 高壓開關(guān)柜運(yùn)行正常。