无线测温技术在钢包炉中压柜的应用

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摘要：目前炼钢厂钢包炉用中压开关柜基本为封闭式结构，开关柜内各关键点温度监测较为困难，开关柜内小车触头、母排、出线电缆接头等部件往往因环境粉尘、断路器分合闸振动冲击等因素引起接触不良，导致温升过高，引发电气事故。本文简要介绍了无线测温技术的原理、方案、特点以及在南钢钢包炉中压开关柜中的应用。

关键词：中压开关柜 在线监测 无线测温

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（b）-0091-02

中压开关柜是钢包炉中压系统中的重要设备，用于向炉子变压器供电，柜内主要由真空断路器小车、过电压保护装置，隔离车、连接母排等设备组成。在长期运行过程中，因设备制造、灰尘污染、触点氧化、振动冲击等原因，造成小车的动、静触头和母排连接等部位的接触电阻增大，在运行时不断发热，温度不断上升，给设备安全运行埋下了隐患，如果不及时发现，会导致起火、短路或接地，最终导致事故发生。

目前对电气设备电气接点的温度监测手段多采用手持式红外线测温仪定期进行，而中压开关柜属封闭式结构，柜内存在35kV高压，要监测柜内发热点位置的温度必须打开后盖板，破坏安全性能，危及值班人员人身安全，而且对于关键部分小车动、静触头的接触位置无法测量，因此不能实现安全准确地测温，造成柜内设备缺乏跟踪监测手段，不能及时发现柜内设备的发热点，设备的安全可靠性得不到有效保证。本文介绍一种采用无线技术的中压柜实时测温系统的原理、组成及应用以及在钢包炉中压柜的应用。

1 目前常用在线测温方法和特点

目前国内使用较为普遍的在线测温方法有以下几点。

1.1 红外测温法

红外测温系统由红外温度传感器、数据采集器和计算机后台管理系统组成。在高压配电装置测温点附近安装红外温度传感器，红外温度传感器接收被测量设备的热红外信号，转换成温度信号后上传至数据采集器，数据采集器可显示、报警和输出控制信号，并通讯上传到计算机后台管理系统，由计算机后台管理系统对数据进行处理、统计、分析和保存。

1.2 光纤测温法

光纤温度监测系统是由光纤温度传感器、传输光纤、温度监测仪和计算机管理系统组成。在高压配电装置测温点上安装光纤传感器，光纤传感器将被测量温度转换成光信号，通过光纤将信号传送到温度监测仪，温度监测仪将光波信号解调成温度信号，通过以太网口向计算机管理系统传送，由计算机管理系统实施数据处理、故障诊断、报警及控制。

以上两种测温方式虽然都有其优势，但是缺点也较为明显，实际使用效果并不理想。比如，红外测温系统对电气设备的温度采用非接触式测量，但是探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面，应用范围受到开关柜体结构的限制，并且现场安装需布线，后期维护清理不方便。光纤测温的主要问题是光纤表面受环境灰尘的污染，将导致光纤沿面放电，影响使用的安全性以及在日常清灰维护中光纤极易折断，并且柜内仍需布置多根光纤，安装维护均不方便。

2 无线测温系统原理及组成

2.1 系统原理

基于无线测温技术的高压开关柜温度监测系统首先通过无线温度传感器感测设备表面温度，然后通过无线射频技术将温度信号传输至无线温度接收模块，接收模块完成数据采集后通过信号电缆传输数据到无线温度监测仪，再通过CAN网络将无线温度监测仪互联起来并连接至中心监测计算机来实现无线测温。

2.2 系统组成

测温系统由1台计算机，1台打印机，1个CAN协议转换器，5台现场温度监测仪， 5台无线温度接收模块，27个无线温度采集和发射模块组成，见图1。

系统各部分详细说明如下。

（1）现场数据采集。

现场数据采集主要由无线温度采集发射模块和相应的安装附件组成。无线温度采集发射模块用于测量带电物体表面的温度，如中压开关柜内的触头和母线连接处的运行温度，然后通过2.4G无线网络将温度信号发送到无线温度接收模块。

（2）现场温度监测。

现场温度监测主要由无线温度监测仪和无线温度接收模块组成。每个无线温度监测仪相连一个无线温度接收模块，接收模块相当于一个无线接入点，可同时接入9只无线温度传感器。无线温度监测仪一般安装在高压开关柜柜体外，具有现场查询、参数设置和报警等功能。无线温度监测仪采用LCD显示器显示现场监测温度，并通过隔离CAN工业总线接口与远程监控系统相连，将温度数据上传至远程监测终端。

（3）后台测温监控计算机。

后台测温监控计算机安装在主控制室内，接收现场监控单元上传的数据，安装在监控系统计算机上的温度实时在线监测管理分析软件，能够实现电子地图模拟功能、温度实时显示、历史数据记录和对比分析、异常温升报警、运行状态全程记录以及报表打印等功能。可以有效地帮助运行人员监测和分析对比高压设备监测点的温度变化情况，及时预测出故障发生的部位，从而保证高压设备的安全运行。

2.3 系统主要技术指标

测温范围：-25℃～125℃；

测量精度：+0.5℃；

温度收发模块短时耐受温度：≤150℃； 长期耐受温度：≤90℃；

温度采集模块与接收模块传输距离：≤100m（无线传输）；

温度采集频率：每20～180s测量/发射1次；

无线测温采集模块供电能力：电池设计寿命在常温下≥10年，高温下≥3年；

现场温度监测仪通讯方式：CAN；

现场温度监测仪测温通道：12个；

现场温度监测仪报警输出口：继电器无源输出（2路常开）；

现场温度监测仪报警历史事件记录：一共可存储24条报警记录。

2.4 系统特点

（1）实现防止设备温升过高产生故障的早期预测。当检测到异常温升时，系统能提供报警并准确定位发热位置，指导检修工作。

（2）通过电子地图温度巡检直观显示小车动静触头、母排、电缆头温度的具置及名称，实时连续的温度监测。

（3）提供强大的数据统计、处理和查询功能。后台数据库可长期保存历史数据，作为运行经验的积累和事故分析的依据。

（4）系统可靠性高，无线射频传感技术不受振动以及外界灰尘的影响，有效地保证了数据无线传输的可靠性，测温精度高。

（5）系统安装方便，无线温度传感器体积小、没有接线，使用电力专用耐高温自粘扎带可以很方便地安装在开关触头、电缆接头等安装空间狭小的被测点上。

3 效益分析

（1）南钢钢包炉中压柜因为小车动、静触头发热造成的事故已发生两起，严重影响冶炼的正常进行，使用在线温度状态检测可以帮助维护人员动态掌握设备温度变化趋势，及时发现和消除设备过热隐患，减少事故停电损失。

（2）在线测温可避免人工设备点检带来的人身安全隐患，提升供电设备故障诊断检测技术水平，对实现安全本质上也有重大意义。

4 结语

基于无线技术的电力系统温升安全在线监测系统，对中压开关柜、电力电缆、母排、变压器等重要电气设备的温升故障进行实时在线监测，有效的预防了供电事故的发生，同时也为设备管理、维护部门开展预防性维修提供了准确的依据。该系统自2011年在南钢投运以来设备运行稳定，使用效果良好。这一技术的应用将成为未来国内冶金行业检测电气触头温升故障的一大发展趋势。

参考文献

[1] 刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用[M].北京国防工业出版社出版社，1998.

[2] YTEP-6000电力温度在线监控系统[J].深圳英唐智能控制股份有限公司，2011.