基于物聯(lián)網(wǎng)的無線溫度系統(tǒng)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用

摘要：采集關(guān)鍵電力設(shè)備接點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度，克服有線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的諸如線路多，布線復(fù)雜，維護(hù)困難，高壓隔離等方面的不足，將測(cè)溫傳感器與無線通信技術(shù)相結(jié)合，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)云端與電力自動(dòng)化技術(shù)相結(jié)合，云邊協(xié)同，實(shí)現(xiàn)智能化無線測(cè)溫系統(tǒng)方案。無線測(cè)溫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，擴(kuò)展性好，布點(diǎn)靈活等特點(diǎn),可以結(jié)合行業(yè)深層需求及其他技術(shù)，進(jìn)一步在電廠推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：無線測(cè)溫 無源無線傳感器 電氣接點(diǎn)測(cè)溫 測(cè)溫系統(tǒng)

1 鋼鐵工業(yè)電氣裝置需求分析

鋼鐵工業(yè)是個(gè)龐大復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng), 大量使用中低壓開關(guān)柜、高壓電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等電氣設(shè)備。 對(duì)自動(dòng)化程度和連續(xù)生產(chǎn)的高要求,不僅對(duì)其供電可靠性越來越高,而且對(duì)鋼鐵工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵的配電及高壓電動(dòng)機(jī)設(shè)備的穩(wěn)定可靠性也提出了更高的要求。 電氣設(shè)備在長期運(yùn)行過程中,電氣一次模塊觸點(diǎn)和連接等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱, 進(jìn)而導(dǎo)致接頭異常升溫甚至引發(fā)燃爆事故。變電站或配電室內(nèi)開關(guān)柜等電氣設(shè)備安裝密集,電動(dòng)機(jī)也都是各工藝段的關(guān)鍵設(shè)備,故此類事故可能會(huì)導(dǎo)致大量電氣設(shè)備損壞,并引發(fā)下游大范圍供電線路或重要用電設(shè)備突然停電,造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。近年來,傳感器及物聯(lián)網(wǎng),設(shè)備的在線監(jiān)測(cè),及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)合鋼鐵工業(yè)的特點(diǎn)及需求,新技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)解決此類問題提供了新的解決方案。

2 關(guān)鍵新技術(shù)的選用

針對(duì)上述提出的問題,結(jié)合溫度傳感器、Sub-1G無線傳輸、云應(yīng)用及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)現(xiàn)狀,本文提出了多種新技術(shù)的解決方案并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行應(yīng)用。

2.1 溫度測(cè)量技術(shù)的選用

傳統(tǒng)的測(cè)溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測(cè)溫,溫度傳感器與測(cè)溫儀之間采用金屬導(dǎo)線傳輸溫度信號(hào)。電氣設(shè)備測(cè)溫檢測(cè),由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點(diǎn)/觸點(diǎn)上,其信號(hào)傳輸金屬導(dǎo)線的絕緣性能無法保證。 同時(shí),對(duì)于改造類項(xiàng)目實(shí)施難度較大,因此推薦采用無線測(cè)溫方法進(jìn)行檢測(cè)。目前無線測(cè)溫方法包括電磁感應(yīng)供電無線測(cè)溫、電池供電無線測(cè)溫方式及紅外在線測(cè)溫方式。紅外測(cè)溫需要鏡頭對(duì)準(zhǔn)發(fā)熱點(diǎn),塵土震動(dòng)對(duì)其影響較大;有源無源測(cè)溫較合適,無需布線,易于安裝,但有源測(cè)溫需要外供電池,受電池壽命影響,需要更換;電磁感應(yīng)供電無線測(cè)溫具有測(cè)溫速度快、周期短、免維護(hù)、使用壽命長、故障率低等特點(diǎn)。表1詳細(xì)比較了各種無線測(cè)溫方法的性能。

表 1 無線測(cè)溫技術(shù)性能比較

2.2無線傳輸技術(shù)選用

無線通信是利用電磁波信號(hào)在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式,其中應(yīng)用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信方式包括:Sub-1G技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)、工業(yè)無線技術(shù)( WiFi)、超寬帶技術(shù)(UWB)、近場通信技術(shù) (NFC)。

藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)屬于一種超短距離的無線傳輸技術(shù),傳輸距離10m范圍以內(nèi),傳輸速率約1 Mb / s,其有效速率約為 723 kb / s;超寬帶技術(shù) (UWB)傳輸速率一般結(jié)余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m;近場通信技術(shù)(NFC)適用于近距離貼近操作。Sub-1G技術(shù)的主要特征包括:傳輸速率較低;通信距離較長;設(shè)備功耗極低,發(fā)射輸出僅為10dBm;通信組網(wǎng)簡潔。這些主要特征使Sub-1G 通信技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。表2給出了幾種技術(shù)性能比較。

表2 無線傳輸技術(shù)性能比較

2.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與云技術(shù)選用

傳統(tǒng)的系統(tǒng)監(jiān)控及運(yùn)行一般以集中式或者分布式的 SCADA 系統(tǒng)應(yīng)用為主,并在控制室內(nèi)由操作員及工程師使用。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及智能手機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用,通過傳感器監(jiān)測(cè)到的關(guān)鍵設(shè)備的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)方云服務(wù)器, 特別是對(duì)于區(qū)域廣,布線困難的區(qū)段,數(shù)據(jù)的獲取將會(huì)變得更加方便和容易。傳輸?shù)皆品?wù)器上的數(shù)據(jù)比起傳統(tǒng)專門的服務(wù)器存儲(chǔ),成本更低,可靠性更高,供不同用戶使用更方便。通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆品?wù)器的數(shù)據(jù),可以通過智能手機(jī)的APP顯示出來,并通過不同的功能模塊定制化實(shí)現(xiàn)。根據(jù)不同用戶的需求和設(shè)備使用情況,可以對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)按照既定算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,及早通過數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù),并給予用戶提示或者告警信息,減少及降低設(shè)備故障甚至事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用方案綜述

項(xiàng)目針對(duì)鞍山鋼鐵6KV部分的總站和窯頭站的57面開關(guān)柜進(jìn)行進(jìn)行智能測(cè)溫改造，經(jīng)過技術(shù)對(duì)比,使用無線無源溫度傳感器+溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),準(zhǔn)確的采集關(guān)鍵部位的溫度信號(hào) ,通過控制中心的無線測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),超溫部位及設(shè)備精準(zhǔn)定位,超溫報(bào)警,保證關(guān)鍵設(shè)備壽命及生產(chǎn)連續(xù)性,減少及避免潛在事故的風(fēng)險(xiǎn)。并且測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫信號(hào)的移動(dòng)運(yùn)維,不僅可以通過智能手機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控到關(guān)鍵設(shè)備的溫度,并能在超溫時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),及時(shí)推送到具體負(fù)責(zé)人員的智能手機(jī)終端,實(shí)現(xiàn)高效的問題處理,極大的降低配電裝 置及電氣設(shè)備事故風(fēng)險(xiǎn),保證供電可靠性,生產(chǎn)連續(xù)性及**生產(chǎn)。

4安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

4.1概述

電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸 電阻過大而發(fā)熱成為**隱患，提高設(shè)備**保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS 485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，**性、可靠性和開放性都得到了極大地提高。該系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能，可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

4.2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(jī)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(cè)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.4系統(tǒng)功能

測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)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(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)指定時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)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(shí)提醒值班人員。

5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

4.5系統(tǒng)硬件配置

溫度在線監(jiān)測(cè)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(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

5 結(jié)語

無線測(cè)溫系統(tǒng)在鞍山鋼鐵的智能化測(cè)溫改造及應(yīng)用,提供溫度異常告警、實(shí)時(shí)設(shè)備溫度采集、周期性溫度監(jiān)測(cè)及報(bào)表、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估等功能,能減少及避免重大因溫度導(dǎo)致故障的發(fā)生。系統(tǒng)運(yùn)用效果良好,大量減少了運(yùn)維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的精準(zhǔn)度。其次,隨著技術(shù)的發(fā)展和其它傳感器的應(yīng)用,從不同角度獲得關(guān)鍵設(shè)備及系統(tǒng)的數(shù)據(jù),更客觀地進(jìn)行設(shè)備及系統(tǒng)監(jiān)測(cè),作為下步研究工作方向之一。而且,智能化、萬物互聯(lián)等新技術(shù)的應(yīng)用,會(huì)對(duì)運(yùn)維人員的能力及習(xí)慣提出更高的要求,智能化系統(tǒng)需要進(jìn)一步提高用戶的實(shí)際體驗(yàn),開發(fā)更多更貼近用戶的功能,比如資產(chǎn)管理、工單處理、故障排除等,得到更多的應(yīng)用。

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作者簡介：李婧婧，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)榕潆姳O(jiān)測(cè)