摘要:穩(wěn)定的電力供應(yīng)是保障企業(yè)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ),因此如何保證電力設(shè)備的正常運(yùn)行,是企業(yè)重點關(guān)注的一個問題。溫度是表征電力設(shè)備運(yùn)行正常的一個重要參數(shù),在電力設(shè)備運(yùn)行的過程中,如果發(fā)生超溫運(yùn)行,會降低設(shè)備的性能及使用壽命,引發(fā)設(shè)備故障,影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行,甚至引起電氣火災(zāi),造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。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)與電力自動化技術(shù)相結(jié)合,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(kuò)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)一步在工業(yè)配電系統(tǒng)推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:化工行業(yè)測溫 無源無線測溫 電氣測溫 測溫系統(tǒng)
1 化工行業(yè)配電系統(tǒng)測溫需求分析
??隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展,許多化工企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生,化工工業(yè)是個龐大復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng), 而企業(yè)的穩(wěn)定可靠的供配電是保障正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)?;て髽I(yè)配電系統(tǒng)有以下幾個特點:(1)可靠性要求高,化工生產(chǎn)具有連續(xù)性,一旦供配電系統(tǒng)出現(xiàn)問題造成生產(chǎn)中斷,會造成原料浪費;(2)負(fù)荷較大且較平穩(wěn),化工生產(chǎn)裝置連續(xù)性高,整個供配電系統(tǒng)符合比較平穩(wěn),變化??;(3)逐步擴(kuò)容,化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、新改建工程會帶來新的用電負(fù)荷;(4)大功率電機(jī)負(fù)荷較多,需要大量電機(jī)為生產(chǎn)活動提供動力源?;す┡潆娤到y(tǒng)中大量使用中低壓開關(guān)柜、電動機(jī)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)鍵的配電及電動機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定可靠性也提出了更高的要求。
??在工業(yè)系統(tǒng)中,溫度是表征設(shè)備運(yùn)行正常的重要參數(shù)。隨著工業(yè)用電負(fù)荷的不斷增長,為了避免因設(shè)備發(fā)熱而導(dǎo)致的突發(fā)事件,溫度的自動監(jiān)測已經(jīng)成為工業(yè)安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)?;どa(chǎn)運(yùn)行中的電氣設(shè)備通常長期工作在高電壓和大電流狀態(tài),設(shè)備中存在的某些缺陷會導(dǎo)致設(shè)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(huán),最終會導(dǎo)致設(shè)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(shè)備損壞或質(zhì)量事故。高壓電氣設(shè)備,由于故障測試手段有限,特別在開關(guān)柜內(nèi)溫度超限點更不易被發(fā)現(xiàn)。隨著溫升時間的延長,溫度超限處將因發(fā)熱而加大氧化程度,進(jìn)而可能造成燒毀母線、觸頭、接點毀盤,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(jì)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)合化工工業(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 應(yīng)用方案及項目案例綜
??某高分子合成公司堅持科技創(chuàng)新,在新環(huán)保、新材料、新能源等領(lǐng)域掌控了大量自主知識產(chǎn)權(quán),在新型環(huán)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(shù)壟斷,實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代,是格力、美的、海爾、海信、大金、三姜、長虹等國內(nèi)外企業(yè)的供應(yīng)商。當(dāng)前,公司牢牢抓住中央供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和省新舊動能轉(zhuǎn)換重大機(jī)遇,緊緊圍繞科技創(chuàng)新這條主線,著力打造“兩個替代"和“智能制造"新引擎,在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下煥發(fā)出勃勃生機(jī)和活力,經(jīng)營效益持續(xù)攀升。
??整個工廠配電10KV系統(tǒng)采用單母線分段,2段進(jìn)線互為備用;每段進(jìn)線容量均按照12500KVA容量設(shè)計,都能滿足全廠區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行需求。2進(jìn)線與母聯(lián)3個斷路器只能合閘2個,母聯(lián)設(shè)置備自投裝置。電動機(jī)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(shè)置雙小母線。0.4KV系統(tǒng)采用變壓器分列運(yùn)行,中間設(shè)置母聯(lián)柜,并設(shè)置防并列連鎖,母聯(lián)配置備自投裝置。工藝負(fù)荷二級負(fù)荷主用電源引自各母線段,備用電源引自廠區(qū)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(yīng)急母線段(應(yīng)急母線段設(shè)置雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān),主電源引自2#變壓器母線段,備用電源引自廠區(qū)箱變630A斷路器)。
??本次項目針對廠區(qū)高低壓配電室內(nèi)的10Kv高壓柜和0.4Kv低壓柜內(nèi)關(guān)鍵電氣連接點進(jìn)行溫度監(jiān)測。項目要求測溫產(chǎn)品能長期穩(wěn)定運(yùn)行,并實現(xiàn)配電室本地溫度監(jiān)測及告警和遠(yuǎn)程溫度的監(jiān)視。經(jīng)過技術(shù)對比,使用無線無源溫度傳感器+溫度采集顯示裝置+溫度監(jiān)測系統(tǒng)的方案,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)備準(zhǔn)確定位,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(yùn)維,不僅可以通過智能手機(jī)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(jī)終端,實現(xiàn)高效的問題處理,很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)。
2.1 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)用于高低壓開關(guān)柜關(guān)鍵部位測溫。其主要性能參數(shù)如表1所示.
表1 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(qiáng)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。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(xiàn)場高低壓柜觸頭/電纜頭應(yīng)用
2.2 測溫采集顯示裝置
??開關(guān)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(dá)60個ATE400傳感器的數(shù)據(jù),傳感器和顯示單元之間通過數(shù)字ID進(jìn)行識別,準(zhǔn)確定位每個電氣發(fā)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(jù)用戶設(shè)定預(yù)警、報警溫度值,實現(xiàn)高溫預(yù)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(biāo)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(fā)現(xiàn)故障,盡快分析查找設(shè)備故障原因,恢復(fù)正常供電。測溫裝置所有溫度數(shù)據(jù)都可以通過485接口(Modbus-RTU協(xié)議)接入邊緣計算網(wǎng)關(guān),實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng),將數(shù)據(jù)上傳至無線測溫系統(tǒng)。ARTM-Pn測溫裝置主要性能參數(shù)見表4,外觀及項目應(yīng)用中的場景如圖2所示。
表2
圖2 ARTM-Pn測溫裝置外觀及現(xiàn)場應(yīng)用
2.3 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)。現(xiàn)場的各個ATE400溫度傳感器通過無線傳輸?shù)綔囟冉邮诊@示裝置,溫度接收顯示裝置通過485接口(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(jī),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(jī)的APP使用。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。
圖3 測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
2.4無線測溫系統(tǒng)
??無線測溫系統(tǒng)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)行采集處理,實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:
溫度顯示:就地監(jiān)控主機(jī)顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,同時實現(xiàn)遠(yuǎn)程電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
溫度曲線:查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運(yùn)行報表:查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。
實時告警:系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)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(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析等。
圖4 無線測溫系統(tǒng)溫度顯示、報表及曲線等界面
3安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)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(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測,防止在運(yùn)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(fā)熱成為安全隱患,提高設(shè)備安全保障,及時、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),降低設(shè)備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊,系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約,安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能,可以監(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況,實現(xiàn)快速報警響應(yīng),預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
3.2應(yīng)用場所
??適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測。
3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.4系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室,可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能:
溫度顯示
顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值,也可實現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。
溫度曲線
查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
運(yùn)行報表
查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。
實時告警
系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能,能夠?qū)λ惺录l(fā)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(jìn)行存儲和管理,方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,查詢統(tǒng)計、事故分析等。
3.5系統(tǒng)硬件配置
??溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)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(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統(tǒng)主機(jī)組成,實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
4 結(jié)語
??無線測溫裝置及系統(tǒng)在化工企業(yè)的智能化測溫應(yīng)用, 解決了長期以來電氣設(shè)備需要人工現(xiàn)場測溫,數(shù)據(jù)存儲困難等問題,大大減少了設(shè)備檢修預(yù)試停電次數(shù)和時間,減輕了日常巡檢的工作量。測溫系統(tǒng)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(yùn)用效果良好,大量減少了運(yùn)維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的準(zhǔn)確度。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。隨著社會的發(fā)展,企業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)內(nèi)的設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。