淺談煤礦井下高低壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘要：為節(jié)約勞動成本，改善煤礦井下的監(jiān)測狀況，減少人工監(jiān)測的誤差，提高監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和自動化水平,利用無線測溫傳感器對井下高低壓開關(guān)柜內(nèi)部的工作環(huán)境進行監(jiān)測。設(shè)計的無線測溫系統(tǒng)可實時、準(zhǔn)確的進行監(jiān)測和預(yù)警,大幅提升監(jiān)測效率，同時具有分區(qū)定位功能，故障預(yù)警更加明確，防治更加到位。該系統(tǒng)對井下變電所開關(guān)柜內(nèi)部位的溫度進行實時在線監(jiān)測、預(yù)警，為煤礦安全生產(chǎn)提高了保障。

關(guān)鍵詞：井下高低壓開關(guān)；開關(guān)內(nèi)部觸電溫度；高溫點位置預(yù)測預(yù)報；接觸式溫度傳感器

引 言

變電所是煤礦非常重要的供電設(shè)備，它們的好壞直接影響煤礦的正常生產(chǎn)及安全運營，因此，很有必要對變電所進行實時的在線監(jiān)測，有利于及時發(fā)現(xiàn)變電所的故障，并及時檢修。

目前煤礦采取的措施是人工巡檢，依靠巡檢人員使用手持式紅外測溫儀對設(shè)備溫度進行檢測，需要人工操作，不能實現(xiàn)在線監(jiān)測，因此采用的檢修方式為定期檢修更換元件。對于負荷不是特別大的供電設(shè)備可以采取這種檢修方式，但對于負荷特別大所造成的異常發(fā)熱引起的設(shè)備故障，根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业姆治觯A(yù)期型檢修是比較適合該種設(shè)備的檢修方式之一。而無線在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對監(jiān)測點的溫度進行實時在線監(jiān)測，實時顯示當(dāng)前溫度，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測觸點的故障趨勢和溫度變化率，保存與分析歷史數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，當(dāng)溫度超，能及時報警，并準(zhǔn)確提供電纜、觸點等的故障部位，這是實現(xiàn)預(yù)期型檢修方式的重要途徑。

1、井下高低壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)組成

井下高低壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)包括礦用隔爆型測溫主機、無線溫度傳感器以及井上系統(tǒng)監(jiān)控主機等。

考慮井下的工作環(huán)境，測溫主機采用隔爆型，可實現(xiàn)多通道下的光轉(zhuǎn)換，為直觀了解其運行狀況，設(shè)置有多種預(yù)警指示燈，系統(tǒng)精度更高且分辨率更強；提供網(wǎng)口、串口、USB等多種接口方式，可以將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過礦上已有的通訊監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛妫瑥牡孛孢M行遠程監(jiān)控。

所用溫度傳感器響應(yīng)時間短，監(jiān)測精度高，結(jié)構(gòu)合理，可有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2方案對象

針對陽煤集團一礦井下吳家掌配電室、二中 央配電室、丈八三區(qū)配電室、紅簡溝配電室、十四采區(qū)配電室、十三采區(qū)配電室、三區(qū)輔助軌道巷配電室、陽坡堰配電室90臺高壓配電裝置(540個點)的溫度情況，實現(xiàn)實時在線監(jiān)測預(yù)警及高溫點位置預(yù)測預(yù)報。

1.3系統(tǒng)架構(gòu)及特點

該系統(tǒng)抗電磁干擾能力強，可適應(yīng)在惡劣的電磁環(huán)境下對設(shè)備的溫度進行監(jiān)測，同時數(shù)字傳感和通訊技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)更加中心。各系統(tǒng)間分工明確，密切配合，共同保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)特點：①測溫傳感器安裝在高電壓、強電磁干擾及高密封的環(huán)境中，測溫傳感器具有高絕緣、抗電磁干擾等性能。為了使用維護方便，傳感器還應(yīng)具有低功耗、耐高溫、安裝簡單、使用壽命長等特點。②利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的儲存和查詢，對比分析和趨勢分析，并進行診斷。能對設(shè)備的異常事件自動報警和進行一定的故障判斷。③本系統(tǒng)可與配電室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，遠方監(jiān)控中心，安防監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)動操作，構(gòu)建了設(shè)備與設(shè)備之間的信息聯(lián)絡(luò)和共享平臺。④本系統(tǒng)采用目前無線傳感技術(shù)實現(xiàn)煤礦變電所溫度監(jiān)測的安全檢測系統(tǒng)，將變電所的監(jiān)測情況同時反映到一個界面來實現(xiàn)實時在線監(jiān)測進行分析。系統(tǒng)通過MODBUS總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、無線WiFi、GPS等多種方式傳輸數(shù)據(jù)，方便與現(xiàn)有自動化系統(tǒng)連接。

1.4項目方案實施

陽煤一礦井下高壓配電柜測溫項目涉及8個配電室共計8套測溫主機。具體分布情況如表2所示。

1.5傳感器的安裝方法及位置

系統(tǒng)所用無線溫度傳感器采用LTU32無源UHF RFID溫度傳感芯片，與傳統(tǒng)溫度傳感器芯片相比，更加綠色環(huán)保，具有身份識別、實時傳遞位置信息和檢測數(shù)據(jù)的功能⑥,特殊的內(nèi)部電路設(shè)計使傳感器在高溫環(huán)境下的檢測能力更加穩(wěn)定，可適應(yīng)復(fù)雜的煤礦井下工作環(huán)境，為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供保障。

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，也為了便于配電柜的后期維護，考慮將傳感器的安裝設(shè)計成可拆卸式的方法，用環(huán)氧樹脂膠將傳感器緊密粘貼于動觸頭表面上。此方法既能準(zhǔn)確測出負載相的實時溫度，也利于后期檢修設(shè)備時而不損壞傳感器[-2。

2、應(yīng)用情況

根據(jù)科研項目設(shè)定的各項目標(biāo)，針對性進行了大量的應(yīng)用試驗，對各項預(yù)定功能逐一進行驗證。

本系統(tǒng)對陽煤集團一礦井下配電室高開進行監(jiān)測監(jiān)控。對井下高低壓開關(guān)進行溫度測量，主要溫度測量點位于開關(guān)本體與開關(guān)殼體的接觸點(即動靜觸頭接合面)、開關(guān)出線電纜頭、開關(guān)母線接頭等位置。監(jiān)測范圍包括紅簡溝配電室14臺、吳家掌配電室14臺、楊坡堰配電室12臺、十四采區(qū)配電室12臺、十三采區(qū)配電室12臺、丈八三區(qū)配電室8臺、三區(qū)輔助軌道巷配電室6臺、二中 央配電室12臺高開進行監(jiān)測；共計540個測溫點，90套傳感器、8套測溫主機。且分別在每個配電室放置1個測溫主機，開關(guān)柜溫度實時數(shù)據(jù)由測溫主機通過井下環(huán)網(wǎng)傳輸至井上服務(wù)端。由服務(wù)端對井下各個配電室開關(guān)柜的溫度進行實時監(jiān)測、記錄、分析。

井下高低壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)可以24h不間斷對各個測溫點進行測量。在地面主控室的工作人員可設(shè)定測溫系統(tǒng)的高溫報警極限值，當(dāng)被檢測設(shè)備超過設(shè)定溫度值時，系統(tǒng)能夠自動預(yù)警(當(dāng)溫度超過設(shè)定值60℃時提醒調(diào)度工作人員此開關(guān)所帶動力設(shè)備有超負荷傾向)、報警(當(dāng)開關(guān)溫度超過設(shè)定值90℃時，產(chǎn)生報警信號通知調(diào)度和相關(guān)工作人員負荷超限，及時處理相關(guān)故障),并將這些信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，工作人員便可提前到故障地點(開關(guān))實地查看，并采取相應(yīng)措施，預(yù)防事故的發(fā)生。

通過試驗運行實現(xiàn)了高低壓開關(guān)內(nèi)關(guān)鍵位置的溫度監(jiān)測，提前預(yù)防開關(guān)過熱引起的開關(guān)斷電、燒毀等事故，提高井下供電系統(tǒng)的可靠性。

測溫系統(tǒng)實現(xiàn)功能如下：①報警功能。超溫報警和同一處A、B、C三相溫度不平衡報警。超溫報警具有預(yù)警和報警2級標(biāo)準(zhǔn)，報警限值由用戶設(shè)定。②系統(tǒng)界面顯示。為一次系統(tǒng)圖上顯示各點溫度、報警信息。系統(tǒng)各個溫度接收器定期(如1～30min)上傳溫度數(shù)據(jù)。③歷史數(shù)據(jù)查詢。可選擇查詢歷史數(shù)據(jù)的類型，即歷史曲線、歷史值、月*高溫度，同時可現(xiàn)場查詢?nèi)我庖粋€測溫點的溫度數(shù)據(jù)，以及查詢的年度、月份和天數(shù)。數(shù)據(jù)庫至少可保存1a歷史數(shù)據(jù)，并可查詢*近1個月每個溫度點的歷史數(shù)據(jù)，同時方便導(dǎo)出到EXCEL表格。④顯示溫度實時監(jiān)測。實時溫度曲線繪制每個監(jiān)測點溫度的當(dāng)日實時曲線，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖和列表分析。⑤測溫數(shù)據(jù)信息可進行遠傳共享。可融入綜自系統(tǒng)，將溫度數(shù)據(jù)與綜自系統(tǒng)集成、集中顯示、報警。⑥故障報警及記錄查詢(可根據(jù)故障類型、時間、部位等進行查詢)。

3、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。

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5、系統(tǒng)功能

測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1. 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APP遠程查看數(shù)據(jù)。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數(shù)據(jù)。

1. 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。

1. 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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。

6、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。、

7、結(jié) 語

傳統(tǒng)的電力傳感監(jiān)測系統(tǒng)主要是基于電子式傳感器，存在可靠低，不能實時在線顯示，同時容易受到環(huán)境溫度、濕度和電磁干擾，易漂移，重復(fù)性和長期穩(wěn)定性很差。因此，采用目前比較無線測溫傳感技術(shù)，實現(xiàn)煤礦變電所溫度實時在線監(jiān)測。與傳統(tǒng)的電力傳感監(jiān)測系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：①系統(tǒng)采用無源傳感器感知溫度信息，本質(zhì)安全，穩(wěn)定性高；②該系統(tǒng)的溫度信息通過無線信號傳輸，不受電磁干擾，防潮濕；③系統(tǒng)響應(yīng)時間更短，監(jiān)測范圍更廣泛，適應(yīng)惡劣工作環(huán)境的能力更強，靈敏度更高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性更好；④該系統(tǒng)設(shè)計合理，占用空間小，現(xiàn)場布置簡便，監(jiān)測預(yù)警范圍廣，抗輻射和抗電磁干擾性能好；⑤該系統(tǒng)可實現(xiàn)單線多點測量，系統(tǒng)容量大、復(fù)用能力強。

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作者簡介：魏健輝，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。