淺談無線測溫系統在設備點檢中的研究與應用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對軋鋼廠設備點檢中遇到的問題進行分析，提出了使用無線測溫法來解決設備點檢問題的方案。通過對比有源無線溫度傳感器和無源無線溫度傳感器的技術參數及優點，在高壓開關柜安裝無源無線溫度傳感器、在行車電機上安裝有源無線溫度傳感器，進行實時監控。無線測溫系統運行近一年，有效提升了點檢效率。但是，在運行中也發現了一些問題，需進一步改進、完善，實現全廠無線測溫系統溫度的集中監控。

關鍵詞：無線測溫裝置；無線溫度傳感器；點檢困難部位；高壓真空斷路器；行車

0引言

軋鋼廠有4條生產線，即：棒材生產線、高速線材生產線、棒線復合型生產線（高棒、高線雙線）和型鋼生產線。其中，棒材生產線有33臺高壓柜、15臺行車，棒線；高速線材生產線有40臺高壓柜、19臺行車；型鋼生產線有30臺高壓柜、16臺行車；總計103臺高壓柜、50臺行車。本文對無線測溫裝置在開關柜、行車電機和關鍵電機中的應用進行闡述，實現對真空斷路器觸頭、行車電機和關鍵設備電機的溫度控制、實時報警等功能，提前發現隱患并進行預防處理，避免關鍵設備突然損壞造成不可估量的損失。

1設備點檢中遇到的問題

高壓開關柜檢查主觸頭的方法為停電、將小車搖出后進行緊固和溫度測量，點檢周期為每季度，而設備的劣化是無周期、無規律的，尤其是高壓開關的主觸頭，需要對其進行實時監控，掌握其劣化趨勢，及時發現隱患并進行處理，否則一旦發生異常，后果難以想象。因行車使用頻繁，若每日停下來對其進行全面點檢較為困難。若采用PT100測溫元件對電機進行實時測溫，因行車需來回吊運鋼材、鋼坯，無法保證線路的安全性，實施起來更為困難。

2高壓開關柜、行車電機運行情況分析

針對2021年出現的高壓開關柜、行車電機等設備異常情況進行統計，具體如下：

（1）5月19日，棒材春防期間，對高壓柜動靜觸頭進行緊固時發現，1號加熱爐高壓配電柜靜觸頭有變色的現象。

（2）7月1日，棒線春防期間，將高壓柜中軋整流柜小車搖出清灰緊固，發現小車的動觸頭B相有變色現象。

（3）9月8日，型鋼原料跨1號行車主鉤電機燒損，經檢查為定子繞組缺相造成。

（4）9月24日，型鋼中壓水站3號泵電機燒損，經檢查為3號泵油泵電機損壞，造成電機缺油運行燒損。

對上述4起異常情況分析發現：在高壓開關柜運行中，不能有效觀察動、靜觸頭接觸是否良好、不能檢查動靜觸頭螺栓是否松動，是造成觸頭溫度異常、觸頭變色的主要原因。行車電機和關鍵設備電機的日常點檢，具有一定的周期性，無法做到實時監測，當電機溫度發生異常，如果不能及時發現并處理，在一段時間內，電機將發生損壞。

3解決方案

經過查詢資料，決定選擇使用無線測溫法來解決設備點檢中遇到的問題。

3.1無線測溫傳感器的選擇

表 1 有源無線測溫傳感器、無源無線測溫傳感器對比

根據表1無線溫度傳感器的特性對比，決定在高壓開關柜采用無源無線溫度傳感器，在行車電機溫度監測系統采用有源無線溫度傳感器，傳輸距離遠，安裝方便。

3.2無線測溫系統硬件設計及安裝

整個測溫系統由無線溫度傳感器、現場監控主機和后臺監控系統三大部分組成。無線溫度傳感模塊與無線測溫集中接收器之間通過無線電波傳送溫度數據，對其他設備沒有任何干擾及影響。無線測溫集中接收器帶有無線通訊口，所測得溫度數據可以通過無線的方式將溫度數據上傳至后臺管理系統進行數據分析處理，再通過輸出模塊實現報警功能。

3.2.1高壓開關柜無線測溫系統

3.2.1.1無源無線溫度傳感器工作原理及相關技術參數

當導體中有交流電流流過時，感應磁芯感應出感應電流，通過轉換電路、過壓保護電路、穩壓電路和CPU溫度采樣電路，再通過無線射頻模塊，將溫度值傳送至接收裝置[1-2]。

無源無線測溫傳感器相關技術參數如表2所示。

表2無源無線測溫傳感器相關技術參數

3.2.1.2無源無線溫度傳感器安裝步驟

（1）預計安裝部位長度，把取電合金片對折1~2次。

（2）把折好的取電片插入傳感器。

（3）將模塊纏繞在真空斷路器主觸頭上，并拉緊折疊兩側的合金片，然后把尾部反折過來，壓緊。

（4）用硅膠表帶包住取電片，并綁緊。模塊緊貼被測部位。

3.2.1.3無源無線測溫接收主機

觸摸式無線測溫主機可以對無線溫度傳感器工作狀態進行監測，實時顯示被測觸頭溫度、報警提示和輸出等，通過輸出模塊，連接報警指示燈。

安裝后，可實時顯示被測物體的溫度和傳感器工作電壓，并根據報警設定值輸出報警。

3.2.2行車電機等無線測溫系統

3.2.2.1有源無線溫度傳感器工作原理及相關技術參數

有源溫度傳感器安裝到被測物體上，通過采樣濾波電路、放大電路和無線發射電路，將溫度值傳送至接收裝置。實時監測被測部位的當前溫度、實時監測傳感器自身的供電電壓值，并將所測的數據全部通過無線上傳到無線測溫主機。相關技術參數如表3所示。

3.2.2.2有源無線溫度傳感器的安裝

將有源無線溫度傳感器的表帶去掉，將本體安裝在所測電機的機身上。

3.2.2.3有源無線測溫接收主機

將接收主機安裝在就近操作臺，通過輸出模塊外接報警指示燈，一旦有超溫報警時，報警指示燈閃爍報警，可以及時發現異常。

表3有源無線溫度傳感器相關技術參數

4無線測溫系統的現場應用及改進

現場安裝無線測溫系統，對高壓開關柜的主觸頭和行車電機等的溫度進行實時監控，經過一段時間的使用，及時發現了一些超溫報警和隱患，采取措施進行處理，避免了電機燒損、高壓開關柜發生重大事故障，有效提升了點檢效率。

4.1無線測溫系統預防管理效果

在使用無線測溫系統過程中，發現了一些超溫報警的情況。

（1）棒材水泵房精軋濁環泵電機發生超溫報警，到現場查看，對電機機身溫度進行測量，溫度為75℃，當即投入備用電機。對超溫報警電機進行檢測，發現電機絕緣阻值降低，避免了電機被燒損。

（2）棒線空氣排煙機電機在運行過程中超溫報警，現場檢查發現，電機散熱風機損壞，導致電機溫度逐步升高。更換使用備機，確保了生產穩順運行。

（3）棒材高壓配電柜發現母聯柜上觸頭B相溫度高達54℃，隨即向上級供電部門申請倒閘操作，檢查發現靜觸頭變色，有螺栓松動的情況。對其進行緊固和打磨后，重新安裝。第二天查看溫度情況，下降為38℃，避免了高壓開關發生重大事故。

4.2無線測溫系統的改進

無線測溫系統運行近一年，對運行中發現的問題進行了相應改進。

（1）行車在吊運鋼坯、鋼材過程中，由于行駛距離遠近不同，無線溫度傳感器的信號不太穩定。通過將傳感器內部天線焊接加長，增加了信號的傳輸距離，保證了信號穩定傳輸。

（2）棒材母聯柜觸頭溫度報警值為55℃，由于無源無線溫度傳感器安裝在主觸頭套管上，測量溫度值較實際溫度偏差較大。更換為一種微型無源無線溫度傳感器，安裝在高壓開關柜主觸頭上，可以更加準確地測量觸頭溫度。

4.3目前生產應用中的不足之處

（1）軋鋼廠有103臺高壓柜，其中，有22臺為整流變高壓柜。整流變壓器負責給直流電機供電，只有軋制過程中才有電流通過，而無源無線溫度傳感器的供電方式為感應電流式，通訊頻率為10～60s。也就是說，在直流電機無軋件軋制時，無源無線測溫傳感器無法感應到主觸頭溫度，需要使用有源無線溫度傳感器，工作方式為感應溫度式。這樣，無論主觸頭是否有電流流過，都可以實時將觸頭溫度并顯示在測溫主機上。

（2）高壓開關柜的輸出模塊已經接入聲光報警燈，一旦超溫，將發出聲光報警。但是，未接入PLC控制系統，不能在監控畫面上顯示信號。

（3）行車等電機的溫度監控已經按計劃接入就近操作臺的測溫主機內，只有操作臺才能看到報警和溫度。下一步，計劃將所有操作臺的測溫主機通過光纖將信號傳遞回電工值班室監控電腦上，實現全廠無線測溫系統溫度的集中監控。

5 安科瑞溫度在線監測系統解決方案

5.1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RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。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。

5.2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、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。

5.3系統結構

溫度在線監測系統結構圖

5.4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/手機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。

5.5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。

名稱	外形	型號	參數說明
系統組態軟件		Acrel-2000/T	硬件：內存4G，硬盤500G，以太網口。 顯示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系統：Windows764位簡體中文旗艦版。 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2。 通訊協議：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等國際標準通信規約
智能通信管理機		Anet-2E4SM	通用網關，2路網口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。
無線測溫集中采集設備		Acrel-2000T/A	壁掛式安裝 標配一路485接口、一路以太網口 自帶蜂鳴器告警 柜體尺寸480*420*200（單位mm）
	Acrel-2000T/B	硬件：內存4G，硬盤128G，以太網口 顯示器：12寸，分辨率800*600 操作系統：Windows7 數據庫系統：MicrosoftSQLServer2008R2 可選Web平臺/APP服務器 柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
顯示終端		ATP007 ATP010	DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。

	ARTM-24	35MM導軌安裝； AC85-265V或DC100-300V供電； 一路上行RS485接口，Modbus協議； 24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫；
無線收發器		ATC450-C	可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。
	ATC600	ATC600有兩種規格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數據。ATC600-Z做中繼透傳。
電池型無線測溫傳感器		ATE100M	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
	ATE200	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米； 35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
	ATE200P	電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm，L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
CT取電型無線測溫傳感器		ATE400	CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米； 合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
有線溫度傳感器		PT100	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系； 用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內部預埋好Pt100
	NTC	用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯系；

參考文獻

[1]彭云.10kV高壓開關柜在線測溫技術研究[D].廣州：華南理工大學，2010.

[2]趙炳成.高壓開關柜在線測溫系統的開發與應用[D].杭州：浙江大學，2011.

[3]馬翔，杜堅，魏杰，程明敏，李玉斌，劉利鵬，無線測溫系統在設備點檢中的應用

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022年05版

審核編輯 黃宇