無線測溫在化工行業配電系統的應用
發布時間：2022-11-11瀏覽次數：956返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：穩定的電力供應是保障企業正常生產的基礎，因此如何保證電力設備的正常運行，是企業重點關注的一個問題。溫度是表征電力設備運行正常的一個重要參數，在電力設備運行的過程中，如果發生超溫運行，會降低設備的性能及使用壽命，引發設備故障，影響電網的正常運行，甚至引起電氣火災，造成巨大經濟損失。采集關鍵電力設備接點的實時溫度，克服有線溫度監測系統存在的諸如線路多，布線復雜，維護困難，高壓隔離等方面的不足，將測溫傳感器與無線通信技術相結合，將物聯網技術與電力自動化技術相結合，實現智能化無線測溫系統方案。無線測溫系統具有結構簡單可靠，擴展性好，布點靈活等特點,可以結合行業深層需求及其他技術，進一步在工業配電系統推廣應用。
關鍵詞：化工行業測溫 無源無線測溫 電氣測溫 測溫系統
1 化工行業配電系統測溫需求分析
隨著我國經濟建設的飛速發展,許多化工企業應運而生,化工工業是個龐大復雜的工業生產系統, 而企業的穩定可靠的供配電是保障正常生產的基礎。化工企業配電系統有以下幾個特點：（1）可靠性要求高，化工生產具有連續性，一旦供配電系統出現問題造成生產中斷，會造成原料浪費；（2）負荷較大且較平穩，化工生產裝置連續性高，整個供配電系統符合比較平穩，變化小；（3）逐步擴容，化工企業生產規模的擴大、新改建工程會帶來新的用電負荷；（4）大功率電機負荷較多，需要大量電機為生產活動提供動力源。化工供配電系統中大量使用中低壓開關柜、電動機等電氣設備，對自動化程度和連續生產的高要求,不僅對其供電可靠性越來越高,而且對鋼鐵工業系統內關鍵的配電及電動機設備的穩定可靠性也提出了高的要求。
在工業系統中，溫度是表征設備運行正常的重要參數。隨著工業用電負荷的不斷增長，為了避免因設備發熱而導致的突發事件，溫度的自動監測已經成為工業安全生產的重要環節。化工生產運行中的電氣設備通常長期工作在高電壓和大電流狀態，設備中存在的某些缺陷會導致設備部件的異常溫度升高。造成溫度與接觸電阻值的惡性循環，終會導致設備不能正常工作，甚至燒毀，溫度過高可能會引起燃燒、爆炸甚至設備損壞或質量事故。高壓電氣設備，由于故障測試手段有限，特別在開關柜內溫度超限點不易被發現。隨著溫升時間的延長，溫度超限處將因發熱而加大氧化程度，進而可能造成燒毀母線、觸頭、接點毀盤，并引發下游大范圍供電線路或重要用電設備突然停電,造成巨大的直接和間接經濟損失。近年來,傳感器及物聯網,設備的在線監測,及大數據分析等技術的快速發展,結合化工工業的特點及需求,新技術的研究與應用對解決此類問題提供了新的解決方案。
2 應用方案及項目案例綜
某高分子合成公司堅持科技創新，在新環保、新材料、新能源等領域掌控了大量自主知識產權，在新型環保制冷劑、氟硅高新材料、離子膜等方面打破了多項外國技術壟斷，實現了國產化替代，是格力、美的、海爾、海信、大金、三姜、長虹等國內外企業的供應商。當前，公司牢牢抓住中央供給側結構性改革和省新舊動能轉換重大機遇，緊緊圍繞科技創新這條主線，著力打造“兩個替代”和“智能制造”新引擎，在經濟新常態下煥發出勃勃生機和活力，經營效益持續攀升。
整個工廠配電10KV系統采用單母線分段，2段進線互為備用；每段進線容量均按照12500KVA容量設計，都能滿足全廠區生產運行需求。2進線與母聯3個斷路器只能合閘2個，母聯設置備自投裝置。電動機回路要求單獨控制，要求柜頂小母線合母、控母、裝置電源需設置雙小母線。0.4KV系統采用變壓器分列運行，中間設置母聯柜，并設置防并列連鎖，母聯配置備自投裝置。工藝負荷二級負荷主用電源引自各母線段，備用電源引自廠區箱變。UPS、DCS、控制室主用電源引自1#變壓器母線段，備用電源引自應急母線段（應急母線段設置雙電源轉換開關，主電源引自2#變壓器母線段，備用電源引自廠區箱變630A斷路器）。
本次項目針對廠區高低壓配電室內的10Kv高壓柜和0.4Kv低壓柜內關鍵電氣連接點進行溫度監測。項目要求測溫產品能長期穩定運行，并實現配電室本地溫度監測及告警和遠程溫度的監視。經過技術對比,使用無線無源溫度傳感器+溫度采集顯示裝置+溫度監測系統的方案,準確的采集關鍵部位的溫度信號 ,通過控制中心的無線測溫監測系統,實現溫度信號的實時監測,超溫部位及設備準確定位,超溫報警,保證關鍵設備壽命及生產連續性,減少及避免潛在事故的風險。并且測溫系統實現了測溫信號的移動運維,不僅可以通過智能實時監控到關鍵設備的溫度,并能在超溫時自動發出報警信號,及時推送到具體負責人員的智能終端,實現高效的問題處理,很大的降低配電裝置及電氣設備事故風險,保證供電可靠性,生產連續性及安全生產。
2.1 無線無源測溫:溫度傳感器+Sub-1G
經過技術對比,選定 ATE400無源無線溫度傳感器應用于高低壓開關柜關鍵部位測溫。其主要性能參數如表1所示.
表1 ATE400溫度傳感器參數表
ATE400無源無線溫度傳感器基于一次電流進行感應取電,與測量點直接接觸可以確保高性能的準確的溫度監測。并且,ATE400非常小巧不占用空間,便于安裝調試及后期維護。 ATE400無線通信采用Sub-1G通信技術確保有可靠和強大的通信能力。ATE400的圖片及在項目應用中的場景如圖1所示。本項目每個回路配置有6個溫度傳感器，共計三千余只。
圖1 ATE400傳感器外觀及現場高低壓柜觸頭/電纜頭應用
2.2 測溫采集顯示裝置
開關柜就地測溫顯示單元選用ARTM-Pn，每面高低壓柜配置1臺。ARTM-Pn可無線接收多達60個ATE400傳感器的數據，傳感器和顯示單元之間通過數字ID進行識別，準確定位每個電氣發熱點的溫度。測溫裝置嵌入式安裝在高低壓柜面，實時顯示各點溫度，并且可以根據用戶設定預警、報警溫度值，實現高溫預警、超溫告警、相間溫差報警、溫度突變量告警等功能，裝置可存儲120條帶有時標的告警記錄，同時告警時繼電器出口可以控制聲光報警器幫助用戶及時發現故障，盡快分析查找設備故障原因，恢復正常供電。測溫裝置所有溫度數據都可以通過485接口(Modbus-RTU協議)接入邊緣計算網關，實現網絡組網，將數據上傳至無線測溫系統。ARTM-Pn測溫裝置主要性能參數見表4，外觀及項目應用中的場景如圖2所示。
表2
圖2 ARTM-Pn測溫裝置外觀及現場應用
2.3 無線測溫系統網絡架構
由于測溫傳感器分布區域廣,數量多,測溫系統架構采用以太網作為主要架構。現場的各個ATE400溫度傳感器通過無線傳輸到溫度接收顯示裝置，溫度接收顯示裝置通過485接口（Modbus-RTU 通信協議）將溫度信號傳輸到各個現場的網關。網關將協議裝換為Modbus-TCP 規約,并經現場的以太網交換機,通過光纖通道傳輸到控制中心的工作站中。測溫系統云服務器也接入通信網絡,將各ATE400的測溫數據上傳到云平臺,以供智能的APP使用。系統網絡架構如圖3所示。
圖3 測溫系統網絡架構圖
2.4無線測溫系統
無線測溫系統將變配電站內安裝ATE400溫度傳感器的開柜溫度數據進行采集處理,實現遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
溫度顯示：就地監控主機顯示配電系統內每個測溫點的實時值，同時實現遠程電腦WEB/APP遠程查看數據。
溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。
實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。
歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
圖4 無線測溫系統溫度顯示、報表及曲線等界面
3安科瑞溫度在線監測系統解決方案
3.1概述
電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
3.2應用場所
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。
3.3系統結構
溫度在線監測系統結構圖
3.4系統功能
測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：
溫度顯示
顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/APP遠程查看數據。
溫度曲線
查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運行報表
查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。
實時告警
系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。
歷史事件查詢
能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析等。
3.5系統硬件配置
溫度在線監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
4 結語
無線測溫裝置及系統在化工企業的智能化測溫應用, 解決了長期以來電氣設備需要人工現場測溫，數據存儲困難等問題，大大減少了設備檢修預試停電次數和時間，減輕了日常巡檢的工作量。測溫系統提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、周期性溫度監測及報表、設備狀態評估等功能,能減少及避免重大因溫度導致故障的發生。系統運用效果良好,大量減少了運維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的準確度。其次,隨著技術的發展和其它傳感器的應用,從不同角度獲得關鍵設備及系統的數據,客觀地進行設備及系統監測,作為下步研究工作方向之一。隨著社會的發展，企業生產用電的需求越來越大，電力無線測溫提供一種新的測溫方式，對配電系統內的設備安全穩定運行具有重要意義。
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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