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安科瑞電氣股份有限公司 201801

摘要：采集關(guān)鍵電力設(shè)備接點的實時溫度，克服有線溫度監(jiān)測系統(tǒng)存在的諸如線路多，布線復(fù)雜，維護(hù)困難，高壓隔離等方面的不足，將測溫傳感器與無線通信技術(shù)相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動互聯(lián)網(wǎng)云端與電力自動化技術(shù)相結(jié)合，云邊協(xié)同，實現(xiàn)智能化無線測溫系統(tǒng)方案。無線測溫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，擴展性好，布點靈活等特點,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：無線測溫   無源無線傳感器  電氣接點測溫  測溫系統(tǒng)

1 鋼鐵工業(yè)電氣裝置需求分析

鋼鐵工業(yè)是個龐大復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng), 大量使用中低壓開關(guān)柜、高壓電動機、發(fā)電機等電氣設(shè)備。 對自動化程度和連續(xù)生產(chǎn)的高要求,不僅對其供電可靠性越來越高,而且對鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵的配電及高壓電動機設(shè)備的穩(wěn)定可靠性也提出了更高的要求。 電氣設(shè)備在長期運行過程中,電氣一次模塊觸點和連接等部位因老化或接觸電阻過大而發(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)開關(guān)柜等電氣設(shè)備安裝密集,電動機也都是各工藝段的關(guān)鍵設(shè)備,故此類事故可能會導(dǎo)致大量電氣設(shè)備損壞,并引發(fā)下游大范圍供電線路或重要用電設(shè)備突然停電,造成巨大的直接和間接經(jīng)濟損失。近年來,傳感器及物聯(lián)網(wǎng),設(shè)備的在線監(jiān)測,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)的特點及需求,新技術(shù)的研究與應(yīng)用對解決此類問題提供了新的解決方案。

2 關(guān)鍵新技術(shù)的選用

針對上述提出的問題,結(jié)合溫度傳感器、Sub-1G無線傳輸、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)合實際案例進(jìn)行應(yīng)用。

2.1 溫度測量技術(shù)的選用

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

表 1 無線測溫技術(shù)性能比較

2.2無線傳輸技術(shù)選用

無線通信是利用電磁波信號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)展前景的短距離無線通信方式包括:Sub-1G技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)、工業(yè)無線技術(shù)( WiFi)、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場通信技術(shù) (NFC)。

藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無線傳輸技術(shù),傳輸距離10m范圍以內(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;設(shè)備功耗極低,發(fā)射輸出僅為10dBm;通信組網(wǎng)簡潔。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 無線傳輸技術(shù)性能比較

2.3 移動互聯(lián)網(wǎng)與云技術(shù)選用

傳統(tǒng)的系統(tǒng)監(jiān)控及運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。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)及智能手機的發(fā)展和應(yīng)用,通過傳感器監(jiān)測到的關(guān)鍵設(shè)備的各種實時數(shù)據(jù)也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方云服務(wù)器, 特別是對于區(qū)域廣,布線困難的區(qū)段,數(shù)據(jù)的獲取將會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)專門的服務(wù)器存儲,成本更低,可靠性更高,供不同用戶使用更方便。通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)器的數(shù)據(jù),可以通過智能手機的APP顯示出來,并通過不同的功能模塊定制化實現(xiàn)。根據(jù)不同用戶的需求和設(shè)備使用情況,可以對存儲的數(shù)據(jù)按照既定算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,及早通過數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù),并給予用戶提示或者告警信息,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

項目針對鞍山鋼鐵6KV部分的總站和窯頭站的57面開關(guān)柜進(jìn)行進(jìn)行智能測溫改造，經(jīng)過技術(shù)對比,使用無線無源溫度傳感器+溫度監(jiān)測系統(tǒng),準(zhǔn)確的采集關(guān)鍵部位的溫度信號 ,通過控制中心的無線測溫監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)溫度信號的實時監(jiān)測,超溫部位及設(shè)備精準(zhǔn)定位,超溫報警,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。并且測溫系統(tǒng)實現(xiàn)了測溫信號的移動運維,不僅可以通過智能手機實時監(jiān)控到關(guān)鍵設(shè)備的溫度,并能在超溫時自動發(fā)出報警信號,及時推送到具體負(fù)責(zé)人員的智能手機終端,實現(xiàn)高效的問題處理,極大的降低配電裝 置及電氣設(shè)備事故風(fēng)險,保證供電可靠性,生產(chǎn)連續(xù)性及安全生產(chǎn)。

3.1 無線無源測溫:溫度傳感器+Sub-1G 

經(jīng)過技術(shù)對比,選定 ATE400無源無線溫度傳感器應(yīng)用于開關(guān)柜關(guān)鍵部位測溫。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無源無線溫度傳感器基于一次電流進(jìn)行感應(yīng)取電,與測量點直接接觸可以確保高性能的準(zhǔn)確的溫度監(jiān)測。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無線通信采用Sub-1G通信技術(shù)確保有可靠和強大的通信能力。ATE400的圖片及在項目應(yīng)用中的場景如圖1所示。

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

3.2 無線測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

由于測溫傳感器分布區(qū)域廣,數(shù)量多,測溫系統(tǒng)架構(gòu)采用以太網(wǎng)作為主要架構(gòu)?，F(xiàn)場的各ATE400溫度傳感器通過無線傳輸?shù)綔囟冉邮昭b置，溫度接收裝置通過Modbus-RTU 通信協(xié)議將溫度信號傳輸?shù)礁鱾€現(xiàn)場的網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將協(xié)議裝換為Modbus-TCP 規(guī)約,并經(jīng)現(xiàn)場的以太網(wǎng)交換機,通過光纖通道傳輸?shù)娇刂浦行牡墓ぷ髡局?。測溫系統(tǒng)云服務(wù)器也接入通信網(wǎng)絡(luò),將各ATE400的測溫數(shù)據(jù)上傳到云平臺,以供智能手機的APP使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.3無線測溫系統(tǒng)

無線測溫系統(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運營技術(shù)深度融合,能夠極大的改造電力設(shè)備,實現(xiàn)過程和能源的優(yōu)化。本項目中,通過測溫系統(tǒng)應(yīng)用,會將變配電站內(nèi)安裝ATE400溫度傳感器的開柜溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,為配電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視、運行維護(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,測溫系統(tǒng)可以提供報警管理,可以根據(jù)嚴(yán)重程度區(qū)分不同等級的報警,并通過短信通知用戶,讓用戶在短時間獲取報警信息,并可以通過手機APP 確認(rèn)和記錄報警事件,篩選和導(dǎo)出報警信息,形成專門的報告,預(yù)防事故及故障的發(fā)生。 除了智能手機端顯示溫度及提供報警之外,測溫系統(tǒng)還可提供資產(chǎn)快查及工單派工的功能,提高用戶的運維效率及智能化程度。

圖3 無線測溫系統(tǒng)溫度顯示、報表及曲線等界面

4 結(jié)語 

無線測溫系統(tǒng)在鞍山鋼鐵的智能化測溫改造及應(yīng)用,提供溫度異常告警、實時設(shè)備溫度采集、周期性溫度監(jiān)測及報表、設(shè)備狀態(tài)評估等功能,能減少及避免重大因溫度導(dǎo)致故障的發(fā)生。系統(tǒng)運用效果良好,大量減少了運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,作為下步研究工作方向之一。而且,智能化、萬物互聯(lián)等新技術(shù)的應(yīng)用,會對運維人員的能力及習(xí)慣提出更高的要求,智能化系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高用戶的實際體驗,開發(fā)更多更貼近用戶的功能,比如資產(chǎn)管理、工單處理、故障排除等,得到更多的應(yīng)用。

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