無線測溫云監控技術應用

黃志鵬

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司 廣西壯族自治區柳州市 545002）

1 前言

柳鋼熱軋廠2032 線、1450 線35kV 高壓配電系統負責生產線的供電，設有2 個35kV 變電站和多個10kV 配電站，合計有61面35kV 高壓開關柜，這些開關柜是該廠的主要供配電裝置，保障配電裝置安全運行具有重要意義。35kV 高壓開關柜采用戶內型KYN61-40.5 鎧裝移開式交流金屬封閉開關柜，斷路器采用VN1-40.5E 戶內高壓交流固封極柱真空斷路器，及阿海琺AREVA SF6 斷路器。對于封閉金屬開關設備，由于隔了2 層鐵板無法視覺直接觀察運行情況，也無法用紅外測溫槍、紅外熱成像儀準確測量電氣連接位置的運行溫度，缺乏有效溫度監測，依靠變電站值班員平時點檢35kV 柜內元件存在困難；該廠連續生產要求高、供電負荷重，35kV 高壓開關柜執行大范圍停電難度大、次數少，定修檢查排除設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，供電負荷有：主軋機、液壓站、輥道電機、各種變頻器、行車電源、低壓動力電源、控制電源、檢修電源、公輔水處理設施；每條生產線主軋機供電模式為：35kV高壓開關柜→35kV 整流變→主傳動系統→大功率主電機→傳動機械→主軋機；所以說35kV 高壓配電系統是整條生產線的核心要害設備，每次故障將造成生產線長時間停產，其中2009年-2019年兩條生產線曾發生35kV 開關柜進線電纜故障跳閘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，每次設備故障處理對生產線都造成4 小時以上甚至10 小時停產，同時也導致浪費煤氣、水、電、壓縮空氣能源消耗。總結每次設備故障原因，我們發現都有溫度異常升高，未能及時點檢確認設備故障位置現象。由于缺乏有效溫度監測，導致35kV 高壓開關柜失修或者絕緣性能下降，因此提高35kV 高壓開關柜溫度監測水平，做好設備在線溫度監測，對設備維修維護具有重要意義。

2.2 在用無線測溫監控技術缺陷

柳鋼熱軋廠2032 生產線曾在2015年實施改造投用一套無線測溫系統，為第二代有源無線測溫產品，監控系統投用后，存在傳感器數據失真、不能做預防性試驗，電池失效，更換電池繁瑣的問題，每次設備年修需拆卸測溫傳感器才能進行交流耐壓試驗，增加了檢修人員維護工作量；至2019年這套無線測溫監控系統已大部分故障、退出運行。

3 新無線測溫監控技術應用

無線測溫監控技術從問世至今已發展至少六代產品，該技術在國內應用已有十年以上，應用于工業設備監控各種范圍區域，目前在國內已有多個新型科技公司不斷推出新產品，在我國鋼鐵、電力、化工行業企業有批量應用，無線測溫監控技術由摸索進入成熟應用階段。

3.1 有源無線測溫監控

早期無線測溫技術，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，電池續航力差，能自身產生運行所需電源但頻繁更換電池。無線測溫裝置信號較弱，與接收機距離不能太遠，這一代的無線測溫監測系統，功能較單一，只能采用有線連接。

3.2 無源無線測溫監控

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，薄片安裝在高壓設備一次主接線上，當電流從高壓設備母線流過或從分支母線有負載電流時，無線測溫裝置的合金薄片取能材料感應到電磁能量，經過整流濾波傳送到取電功率調節和儲能電路中，通過內部微電源轉換為穩壓電壓輸出，然后傳感器模塊無信通訊芯片將測溫電阻信號發送至局域接收機。

圖1：新一代無源無線測溫傳感器及安裝方式

3.2.2 通訊網絡

如圖2所示，局域接收機負責接收1 個配電室多個無線測溫傳感器的溫度信號，根據配電室占地面積大小，一般設置1 ～2 個，已足夠接收多臺高壓開關柜內的無線測溫傳感器信號數據；然后局域接收機通過RS485 通訊/以太網通訊/無線Wi-Fi 方式連接到GPRS 模塊，通過無線網絡GPS 模塊，將數據上傳至云端服務器和本地服務器。所有高壓設備運行的溫度數值、實時曲線、歷史曲線、報警信號在本地服務器，或者云端客戶端均可接收設備監測數據，手機APP 端也具備實時曲線和報警功能，實現本地、遠程、手機各種終端對設備運行監控。

3.2.3 新無線測溫監控技術優勢特性

在線監測系統，利用新一代無線測溫傳感器接觸式監測高壓設備溫度運行情況并分析，捕捉設備運行異常，及時發現設備事故的早期征兆并采取有效措施：

（1）解決了35kV 高壓開關柜封閉防護鐵板擋住，無法監測設備運行溫度的困難，提高了設備運行監測水平；彌補人工巡檢的不足，減小人工維護成本。

（2）實現了即時溫度監測與歷史曲線功能，可提前預設溫度限值報警，將設備隱患消滅在萌芽階段，防止設備故障發生。

（3）無線測溫傳感器的測溫壓片，安裝于一次設備連接位置，緊貼高壓斷路器動觸頭，測溫精準，極小的體積安裝于靜觸頭根部，不影響動靜觸頭咬合，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，特別設置防松動固定螺絲，方便35kV 高壓開關柜斷路器動觸頭或靜觸頭安裝，一次安裝可長時間使用無需檢查；金屬片綁扎片長度可調，滿足各種規格電纜和銅排連接。

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

（6）有源無線測溫產品使用進口的微鋰電池，其續航能力強，無需頻繁更換電池。若采用感應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人員。

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

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

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

（10）傳感器防護等級高，可提供IP32 ～IP54，方便室內、室外各種環境使用。

（11）新型的無線測溫傳感器比前幾代產品有更高的柜內數據穿透能力，柜內無線發射距離：50 米，無線接收空曠距離200 米；無線溫度傳感器節點至無線接收終端之間的通信采用433M/470M無線射頻通信；與廠內在用對講機使用頻道不存沖突頻段。

（12）監控系統軟件和手機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、以太網等通訊模式，可實現有線或WIFI 形式連接。移動通訊數據量較小，可實現隨時隨地監控的需要。監測數據存儲到云端服務器上，可設置硬件防火墻，提供安全可靠的網絡數據服務和長時間的數據存儲服務。

4 新無線測溫監控技術實施

2020年3-6月對柳鋼熱軋廠兩線的2 個35kV 變電站61 面35kV 高壓開關柜進行改造，每面柜斷路器上下動觸頭安裝6 個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 個無源無線測溫傳感器，總共安裝450 個傳感器。有電流負載的35kV高壓開關柜，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點的就近位置，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 網連接，實現了遠程客戶機、移動終端掌上智能監控的功能。該監控系統投用后，在2020年11月8日10：30 分成功檢測到515# TCR 開關柜A 相動觸頭運行溫度異常（圖3），經檢查確認動觸頭彈簧老化、接觸力下降導致溫度升高，及早發現預防設備隱患，為檢修維護人員提供了檢修依據；該系統投用至今，提高了設備監控水平的提高，檢修準確性提高，兩線35kV 高壓開關柜運行正常。