淺談無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在大功率整流器上的應用

摘要：隨著(zhù)整流器運行電流的增加 ，運行溫度成為影響整 流器安全運行的主要因素 。針對目大功率整流器運行溫度通過(guò)出口水溫表和紐扣繼電器來(lái)監測 ，運行人員不能及時(shí)、準確地掌握整流器運行狀況的問(wèn)題，利用無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)實(shí)現了整流器運行溫度的實(shí)時(shí)監測，確保整 流器的運行故障能被及時(shí)發(fā)現，減少了機組故障跳閘的機率。

關(guān)鍵詞：大功率 整流器 溫度傳感器 無(wú)線(xiàn)測溫 電解鋁 橋臂 

1 概況

        整流器是電解鋁整流所的主體設備，其運行狀況直接關(guān)系著(zhù)電解鋁的正常生產(chǎn) 。大功率整流器運行中的電流較大 ，當局部溫升較高時(shí)，易導致元器件特性劣化 ，或使橋臂過(guò)熱保護動(dòng)作，造成機組跳閘。

大功率整流器一般采用純水冷卻方式 ，純水經(jīng)集流管道分別進(jìn)入整流橋臂和整流元件水套循環(huán) ，帶走整流器運行產(chǎn)生的熱量。整流器的溫度監測點(diǎn)為12條水冷母線(xiàn)橋臂和出口水溫 ，水冷母線(xiàn)橋臂溫度全部采用由雙金屬片外加高阻絕緣陶瓷構成的紐扣繼電器進(jìn)行監測，出口水溫采用電接點(diǎn)溫度表監測 (為整流器整體運行溫度)，閥側母線(xiàn)、直流刀閘等重要部位無(wú)溫度監測。但出口水溫表不能監測整流器運行的局部溫度，橋臂紐扣繼電器測溫也存在以下問(wèn)題 ：(1)測溫誤差大，為3～5℃；(2)繼電器動(dòng)作溫度設定為固定值60~65℃ ，不可調，當橋臂溫度達到該動(dòng)作值后會(huì )直接動(dòng)作于整流器跳閘，造成電解系列電流波動(dòng) ；(3)整流橋臂溫度值不可監視 ，待橋臂溫度上升到測溫元件動(dòng)作值時(shí)，相應橋臂上的元器件 運行溫度已升到 80~90℃，基本達到了元器件的溫升 ；(4)運行人員不能隨時(shí)觀(guān)察橋臂 的運行溫度并及時(shí)處理橋臂過(guò)熱故障；(5)測溫元件的二次引出線(xiàn)及其外接報警裝置降低了整流器的整體絕緣 。 

另一種整流器運行溫度監測方式是人工使用紅外測溫儀進(jìn)行溫度巡檢 。但該方式受到時(shí)間間隔、測量人員 、測量方法等因素的影響；同時(shí)，測量人員距離整流器過(guò)近，存在很大的人身安全隱患 。

2 無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)的應用

        大功率整流器安裝無(wú)線(xiàn)測溫系統的主要目的是解決目大功率整流器橋臂、閥側母線(xiàn)和直流母線(xiàn)溫度監測存在的問(wèn)題，并提供一種全新、實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測、準確度高 、安全性能好、維護方便的整流器運行溫度在線(xiàn)監測方式。該系統主要由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、現場(chǎng)接收主機、串口服務(wù)器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋、交換機、后臺監控軟件構成，如圖 1所示。

圖 1 大功率整流器無(wú)線(xiàn)測溫系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

        圖1中，溫度傳感器使用自攻螺母固定在測溫點(diǎn)上，其底部伸出的導溫撥片采集橋臂或母線(xiàn)上的溫度。溫度信號由集成在傳感器內的發(fā)射裝置按照直線(xiàn)傳輸方式發(fā)送到現場(chǎng)接收主機 內，現場(chǎng)接收主機將接收到的溫度數據保存在存儲芯片中，并通過(guò)液晶屏進(jìn)行現場(chǎng)顯示 ?，F場(chǎng)接收主機懸掛在距整流器3～lOm 的范圍內，可對各傳感器的溫度報警限值進(jìn)行單獨設置，并可對同一點(diǎn)進(jìn)行兩級報警設置，確保運行人員可提發(fā)現故障并采取有效措施排除故 障，以減少整流器故障跳閘次數。當整流器監測點(diǎn)運行溫度達到報警限值時(shí)，現場(chǎng)接收主機發(fā)出蜂鳴聲 ；同時(shí)，與其通信的上位機也進(jìn)行相應的聲光報警。上位機軟件部分主要實(shí)現整流器橋臂溫度、閥側母線(xiàn)溫度 、直流正負母線(xiàn) 溫度的實(shí)時(shí)顯示及溫度超限報警，并建立整流器運行溫度 監視畫(huà)面和數據庫 ，進(jìn)一步提高了整流所的綜合自動(dòng)化水平。同時(shí)，值班人員在主控室通過(guò)工控機可以實(shí)時(shí)、準確地掌握整流器各部位的溫度變化情況 ，很大程度地減低工人的勞動(dòng)強度。

大功率整流器無(wú)線(xiàn)測溫系統完*了面一節中提到的問(wèn)題 ：(1)溫度傳感器底部伸 出的導溫撥片直貼測溫點(diǎn)，測量準確，溫度誤差在0～1℃以?xún)?；(2)整流器橋臂報警溫度可設置兩級限值 ；(3)實(shí)現了整流器橋臂溫度實(shí)時(shí)監測 ；(4)溫度信號采用直線(xiàn)式的無(wú)線(xiàn)傳播方式 ，每個(gè)測溫點(diǎn)之間以及顯示器之間*隔離，不破壞整流器絕緣和結構 ；(5)溫度信號采用直線(xiàn)傳輸方式，不會(huì )對綜保裝置等電子設備構成干擾 ；(6)降低了運行人員的勞 動(dòng)強度 ，保證其人身安全。

3 安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫系統介紹與選型

        安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫監控系統是根據當無(wú)線(xiàn)測溫系統的要求，在廣泛征求用戶(hù)和家意見(jiàn)的基礎上,充分吸收當國內外廠(chǎng)家的成功案例，并結合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)而設計的一款專(zhuān)業(yè)的無(wú)線(xiàn)測溫軟件。

3.1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統結構

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通信（如圖2），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(kāi)放性都得到了很大地提高。

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能?？梢员O控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。

圖2 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統結構圖

3.2 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統功能

■實(shí)時(shí)監測

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示各測溫節點(diǎn)的溫度數據及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢(xún)

        溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

        查詢(xún)各回路設備運行溫度報表.

■實(shí)時(shí)報警

        壁掛式無(wú)線(xiàn)測溫監控設備具有實(shí)時(shí)報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設備提供以下凡種方式：

        a.彈岀事件報驚窗口.

        b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警.

        C.短信吿警，可以向號碼發(fā)送吿警信息短信）.

■歷史告警査詢(xún)

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

■用戶(hù)權限管理

        Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。

通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

■定值設置

        用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

        展示頁(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數量、回路個(gè)數、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)可監測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。

接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統計頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線(xiàn)，電能環(huán)比，用電。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監測接入系統設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

        設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線(xiàn)。

3.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線(xiàn)測溫終端產(chǎn)品選型

        安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫方案由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無(wú)線(xiàn)測溫系統（如圖3）。

圖3 電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫結構圖

3.3.1 安科瑞無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

        無(wú)線(xiàn)溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

3.3.2 安科瑞無(wú)線(xiàn)收發(fā)器

        無(wú)線(xiàn)測溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

3.3.3 安科瑞顯示終端

        顯示裝置通過(guò)RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開(kāi)孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場(chǎng)及時(shí)查看電氣節點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統查看現場(chǎng)情況。

4 結束語(yǔ)

        大功率整流器安裝的溫度在線(xiàn)監測系統主要完成了以下技術(shù)任務(wù)。(1)實(shí)現了整流器運行溫度的可視化管理 ：實(shí)時(shí)監測整流器橋臂、閥側母線(xiàn) 、直流正負母線(xiàn)的運行溫度，當監 測點(diǎn)溫度或溫升異常時(shí)發(fā)出報警信號。 (2)提高了整流器運行的可靠性：整流器運行溫度的 實(shí)時(shí)可監視提高了運行人員對整流器運行狀況的管理水平，避免因橋臂運行溫度過(guò)高導致元件結溫過(guò)高而發(fā)生擊穿事故。(3)實(shí)現了整流器良性運行：整流橋臂運行溫度的自動(dòng)監測及報警系統建立了監測點(diǎn)兩級報警和溫升速率報警功能，確保整流器的運行故障能及時(shí)被發(fā)現 ，減少了機組故障跳閘的機率。 (4)提高了整流器運行維護的管理水平 ：整流橋臂運行溫度的自動(dòng)監測及報警系統建立了整流器橋臂 、閥側母線(xiàn) 、直流母線(xiàn)運行溫度數據庫， 同時(shí)生成相關(guān)趨勢曲線(xiàn)圖，讓運維人員能隨時(shí)掌握整流器運行溫度的變化趨勢， 為整流器的維護提供了可靠的數據 ，減少了人工巡測的勞動(dòng)強度和不安全因素。(5)實(shí)現了數據采集的無(wú) 線(xiàn)傳輸 ：測溫點(diǎn)與現場(chǎng)接收主機之間采用無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)，數據顯示具有實(shí)時(shí)性、 穩定性、準確性等點(diǎn) ，數據采集準確率為100％，并對整流器的絕緣性能無(wú)影響。因此 ，大功率整流器溫度在線(xiàn)監測系統的應用解決了整流器運行存在的安全隱患，*國內鋁行業(yè)整流器運行溫度自動(dòng)監測的空白。

【參考文獻】

[1] 陳改琴.無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)在大功率整流器上的應用.

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.