無線測溫系統(tǒng)在煤礦井下的設(shè)計與應(yīng)用

摘要:為節(jié)約勞動成本，改良煤礦井下的監(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(jìn)行監(jiān)測。設(shè)計的無線測溫系統(tǒng)可實時、準(zhǔn)確的進(jìn)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，預(yù)防更加到位。該系統(tǒng)對井下變電所開關(guān)柜內(nèi)重要部位的溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測、預(yù)警，為煤礦安全生產(chǎn)提高了保障。

一、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，因 此，很有必要對變電所進(jìn)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(jìn)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(fù)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(fù)荷特別大所成的異常發(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?，預(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(jìn)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)溫度超限時能及時報警，并準(zhǔn)確提供電攬、觸點的故障部位，這是實現(xiàn)預(yù)期型檢修方式的重要途徑。

二、井下高低壓開關(guān)無線測溫系統(tǒng)方案

2.1 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?？紤]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?，從地面進(jìn)行遠(yuǎn)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。

2.2 方案對象

針對陽煤集團(tuán)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。

2.3 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(jìn)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)更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠。該系統(tǒng)由4部分組成，分別為無線溫度傳感器、測溫通訊終端、工作站及管理中心。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。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4 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(hù)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(jìn)行診斷。 能對設(shè)備的異常事件自動報警和進(jìn)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(yuǎn)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(jìn)行分析。系統(tǒng)通過M0DBUS總線網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)、無線WiFi、GPS等多種方式傳數(shù)據(jù)，方便與現(xiàn)有自動化系統(tǒng)連接。

2.5 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

2.6 傳感器的安裝方法及位置

系統(tǒng)所用無線溫傳感器采用LTU32無源UHF RFID溫度傳感芯片，與傳統(tǒng)溫傳感器芯片相比,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，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、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維護(hù)，考慮將傳感器的安裝設(shè)計成可拆卸式的方法，用環(huán)氧樹脂膠傳感器緊密粘貼于動觸頭表面上。此方法既能準(zhǔn)確測岀負(fù)載相的實時溫度，也利于后期檢修設(shè)備而不損壞傳感器。

三、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(jìn)行了大量的應(yīng)用試驗，對各項預(yù)定功能逐一進(jìn)行驗證。

本系統(tǒng)對陽煤集團(tuán)-礦井下配電室高開進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控。對井下高低壓開關(guān)進(jìn)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)岀線電纜頭、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(jìn)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)端對井卜各個配電室開關(guān)柜的溫度進(jìn)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24 h不間斷對各個測溫點進(jìn)行測量。在地面主控室的工作人員可設(shè)定測溫系統(tǒng)的高溫報警高值，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(fù)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(fù)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1~30 min)上傳溫度數(shù)據(jù)。

③歷史數(shù)據(jù)查詢?？蛇x擇査詢歷史數(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)，以及査詢的年度、月份和天數(shù)。數(shù)據(jù)庫至少可保存1a歷史數(shù)據(jù)，并可査詢近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(jìn)行遠(yuǎn)傳共享?？扇谌刖C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。

四、安科瑞測溫產(chǎn)品介紹

a. 電池供電型無線溫度傳感器

安裝于發(fā)熱部位，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/p>

目前無線溫度傳感器有三款：

b. CT感應(yīng)取電無線溫度傳感器

安裝于斷路器觸頭、母排、電纜搭接點等大電流處，采集溫度量并通過無線方式傳輸?shù)膫鞲衅鳌?/p>

目前無線溫度傳感器有兩款：

安科瑞無線測溫就地顯示配置：

ASD300/320智能操控裝置可連接12路無線溫度傳感器，ARTM-Pn無線測溫裝置可連接18路無線溫度傳感器，無源（CT取電）方式為ATE300（捆綁式安裝），有源（電池供電）方式為ATE100（螺栓式安裝，主要用于電纜/銅排等螺絲固定的搭接點）和ATE200（表帶式，主要用于斷路器觸頭等接點捆綁安裝，因安裝較ATE100更方便，電纜/銅排等搭接點也常選用）。

無線測溫帶操顯功能（就地顯示）

Acrel-2000T/B無線測溫壁掛式監(jiān)控設(shè)備，內(nèi)存4G,硬盤128G,以太網(wǎng)口，顯示器12寸，分辨率800*600，可選Web平臺/App服務(wù)器，柜體尺寸480*420*200（單位mm），配置IPAD,安裝ACREL-2000/T軟件。就地實時顯示溫度分布以及報警等詳細(xì)參數(shù)。

無線測溫采集設(shè)備配置方案

五、結(jié)束語

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，采用目前比較好的無線測溫傳感技術(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。

審核編輯：符乾江