淺談煤礦井下高低壓開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)測溫系統的研究與應用

摘要：為節約勞動(dòng)成本，改善煤礦井下的監測狀況，減少人工監測的誤差，提高監測系統的智能化和自動(dòng)化水平,利用無(wú)線(xiàn)測溫傳感器對井下高低壓開(kāi)關(guān)柜內部的工作環(huán)境進(jìn)行監測。設計的無(wú)線(xiàn)測溫系統可實(shí)時(shí)、準確的進(jìn)行監測和預警,大幅提升監測效率，同時(shí)具有分區定位功能，故障預警更加明確，防治更加到位。該系統對井下變電所開(kāi)關(guān)柜內部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測、預警，為煤礦安全生產(chǎn)提高了保障。

關(guān)鍵詞：井下高低壓開(kāi)關(guān)；開(kāi)關(guān)內部觸電溫度；高溫點(diǎn)位置預測預報；接觸式溫度傳感器

引 言

變電所是煤礦非常重要的供電設備，它們的好壞直接影響煤礦的正常生產(chǎn)及安全運營(yíng)，因此，很有必要對變電所進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線(xiàn)監測，有利于及時(shí)發(fā)現變電所的故障，并及時(shí)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備溫度進(jìn)行檢測，需要人工操作，不能實(shí)現在線(xiàn)監測，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)熱引起的設備故障，根據國內外相關(guān)領(lǐng)域專(zhuān)家的分析，預期型檢修是比較適合該種設備的檢修方式之一。而無(wú)線(xiàn)在線(xiàn)監測系統可以對監測點(diǎn)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，實(shí)時(shí)顯示當前溫度，通過(guò)數據分析預測觸點(diǎn)的故障趨勢和溫度變化率，保存與分析歷史數據和異常數據，當溫度超，能及時(shí)報警，并準確提供電纜、觸點(diǎn)等的故障部位，這是實(shí)現預期型檢修方式的重要途徑。

1、井下高低壓開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)測溫系統方案

1.1 系統組成

井下高低壓開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)測溫系統包括礦用隔爆型測溫主機、無(wú)線(xiàn)溫度傳感器以及井上系統監控主機等。

考慮井下的工作環(huán)境，測溫主機采用隔爆型，可實(shí)現多通道下的光轉換，為直觀(guān)了解其運行狀況，設置有多種預警指示燈，系統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，可以將監測數據通過(guò)礦上已有的通訊監控網(wǎng)絡(luò )傳輸到地面，從地面進(jìn)行遠程監控。

所用溫度傳感器響應時(shí)間短，監測精度高，結構合理，可有效保障系統的穩定運行。系統的相關(guān)技術(shù)參數如表1所示。

1.2方案對象

針對陽(yáng)煤集團一礦井下吳家掌配電室、二中 央配電室、丈八三區配電室、紅簡(jiǎn)溝配電室、十四采區配電室、十三采區配電室、三區輔助軌道巷配電室、陽(yáng)坡堰配電室90臺高壓配電裝置(540個(gè)點(diǎn))的溫度情況，實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測預警及高溫點(diǎn)位置預測預報。

1.3系統架構及特點(diǎn)

該系統抗電磁干擾能力強，可適應在惡劣的電磁環(huán)境下對設備的溫度進(jìn)行監測，同時(shí)數字傳感和通訊技術(shù)的應用使系統更加中心。各系統間分工明確，密切配合，共同保障系統的穩定運行，其結構如圖1所示。

系統特點(diǎn)：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，傳感器還應具有低功耗、耐高溫、安裝簡(jiǎn)單、使用壽命長(cháng)等特點(diǎn)。②利用數據分析技術(shù)，實(shí)現歷史數據的儲存和查詢(xún)，對比分析和趨勢分析，并進(jìn)行診斷。能對設備的異常事件自動(dòng)報警和進(jìn)行一定的故障判斷。③本系統可與配電室內的監控系統，遠方監控中心，安防監控系統等子系統，實(shí)現聯(lián)動(dòng)操作，構建了設備與設備之間的信息聯(lián)絡(luò )和共享平臺。④本系統采用目前無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)實(shí)現煤礦變電所溫度監測的安全檢測系統，將變電所的監測情況同時(shí)反映到一個(gè)界面來(lái)實(shí)現實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測進(jìn)行分析。系統通過(guò)MODBUS總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )、以太網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)WiFi、GPS等多種方式傳輸數據，方便與現有自動(dòng)化系統連接。

1.4項目方案實(shí)施

陽(yáng)煤一礦井下高壓配電柜測溫項目涉及8個(gè)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

系統所用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器采用LTU32無(wú)源UHF RFID溫度傳感芯片，與傳統溫度傳感器芯片相比，更加綠色環(huán)保，具有身份識別、實(shí)時(shí)傳遞位置信息和檢測數據的功能⑥,特殊的內部電路設計使傳感器在高溫環(huán)境下的檢測能力更加穩定，可適應復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。

根據現場(chǎng)的實(shí)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計成可拆卸式的方法，用環(huán)氧樹(shù)脂膠將傳感器緊密粘貼于動(dòng)觸頭表面上。此方法既能準確測出負載相的實(shí)時(shí)溫度，也利于后期檢修設備時(shí)而不損壞傳感器[-2。

2、應用情況

根據科研項目設定的各項目標，針對性進(jìn)行了大量的應用試驗，對各項預定功能逐一進(jìn)行驗證。

本系統對陽(yáng)煤集團一礦井下配電室高開(kāi)進(jìn)行監測監控。對井下高低壓開(kāi)關(guān)進(jìn)行溫度測量，主要溫度測量點(diǎn)位于開(kāi)關(guān)本體與開(kāi)關(guān)殼體的接觸點(diǎn)(即動(dòng)靜觸頭接合面)、開(kāi)關(guān)出線(xiàn)電纜頭、開(kāi)關(guān)母線(xiàn)接頭等位置。監測范圍包括紅簡(jiǎn)溝配電室14臺、吳家掌配電室14臺、楊坡堰配電室12臺、十四采區配電室12臺、十三采區配電室12臺、丈八三區配電室8臺、三區輔助軌道巷配電室6臺、二中 央配電室12臺高開(kāi)進(jìn)行監測；共計540個(gè)測溫點(diǎn)，90套傳感器、8套測溫主機。且分別在每個(gè)配電室放置1個(gè)測溫主機，開(kāi)關(guān)柜溫度實(shí)時(shí)數據由測溫主機通過(guò)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(gè)配電室開(kāi)關(guān)柜的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、記錄、分析。

井下高低壓開(kāi)關(guān)無(wú)線(xiàn)測溫系統可以24h不間斷對各個(gè)測溫點(diǎn)進(jìn)行測量。在地面主控室的工作人員可設定測溫系統的高溫報警極限值，當被檢測設備超過(guò)設定溫度值時(shí)，系統能夠自動(dòng)預警(當溫度超過(guò)設定值60℃時(shí)提醒調度工作人員此開(kāi)關(guān)所帶動(dòng)力設備有超負荷傾向)、報警(當開(kāi)關(guān)溫度超過(guò)設定值90℃時(shí)，產(chǎn)生報警信號通知調度和相關(guān)工作人員負荷超限，及時(shí)處理相關(guān)故障),并將這些信息存儲到數據庫中，工作人員便可提前到故障地點(diǎn)(開(kāi)關(guān))實(shí)地查看，并采取相應措施，預防事故的發(fā)生。

通過(guò)試驗運行實(shí)現了高低壓開(kāi)關(guān)內關(guān)鍵位置的溫度監測，提前預防開(kāi)關(guān)過(guò)熱引起的開(kāi)關(guān)斷電、燒毀等事故，提高井下供電系統的可靠性。

測溫系統實(shí)現功能如下：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。超溫報警具有預警和報警2級標準，報警限值由用戶(hù)設定。②系統界面顯示。為一次系統圖上顯示各點(diǎn)溫度、報警信息。系統各個(gè)溫度接收器定期(如1～30min)上傳溫度數據。③歷史數據查詢(xún)?？蛇x擇查詢(xún)歷史數據的類(lèi)型，即歷史曲線(xiàn)、歷史值、月*高溫度，同時(shí)可現場(chǎng)查詢(xún)任意一個(gè)測溫點(diǎn)的溫度數據，以及查詢(xún)的年度、月份和天數。數據庫至少可保存1a歷史數據，并可查詢(xún)*近1個(gè)月每個(gè)溫度點(diǎn)的歷史數據，同時(shí)方便導出到EXCEL表格。④顯示溫度實(shí)時(shí)監測。實(shí)時(shí)溫度曲線(xiàn)繪制每個(gè)監測點(diǎn)溫度的當日實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，實(shí)現溫度數據曲線(xiàn)圖和列表分析。⑤測溫數據信息可進(jìn)行遠傳共享?？扇谌刖C自系統，將溫度數據與綜自系統集成、集中顯示、報警。⑥故障報警及記錄查詢(xún)(可根據故障類(lèi)型、時(shí)間、部位等進(jìn)行查詢(xún))。

3、應用場(chǎng)所

適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。

4、系統結構

溫度在線(xiàn)監測系統結構圖

5、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(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

1. 溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。

1. 運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。

1. 實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(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，告警方式有彈窗、語(yǔ)音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

1. 歷史事件查詢(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。

6、系統硬件配置

溫度在線(xiàn)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(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。、

7、結 語(yǔ)

傳統的電力傳感監測系統主要是基于電子式傳感器，存在可靠低，不能實(shí)時(shí)在線(xiàn)顯示，同時(shí)容易受到環(huán)境溫度、濕度和電磁干擾，易漂移，重復性和長(cháng)期穩定性很差。因此，采用目前比較無(wú)線(xiàn)測溫傳感技術(shù)，實(shí)現煤礦變電所溫度實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。與傳統的電力傳感監測系統相比，該系統具有以下優(yōu)勢：①系統采用無(wú)源傳感器感知溫度信息，本質(zhì)安全，穩定性高；②該系統的溫度信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號傳輸，不受電磁干擾，防潮濕；③系統響應時(shí)間更短，監測范圍更廣泛，適應惡劣工作環(huán)境的能力更強，靈敏度更高，系統的穩定性和可靠性更好；④該系統設計合理，占用空間小，現場(chǎng)布置簡(jiǎn)便，監測預警范圍廣，抗輻射和抗電磁干擾性能好；⑤該系統可實(shí)現單線(xiàn)多點(diǎn)測量，系統容量大、復用能力強。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介：魏健輝，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應用。