淺談煤礦井下高低壓開關無線測溫系統的研究與應用

黃琴

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：為節約勞動成本，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化水平,利用無線測溫傳感器對井下高低壓開關柜內部的工作環境進行監測。設計的無線測溫系統可實時、準確的進行監測和預警,大幅提升監測效率，同時具有分區定位功能，故障預警更加明確，防治更加到位。該系統對井下變電所開關柜內重點部位的溫度進行實時在線監測、預警，為煤礦安全生產提高了保障。

關鍵詞：井下高低壓開關；開關內部觸電溫度；高溫點位置預測預報；接觸式溫度傳感器

0 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及安全運營，因此，很有必要對變電所進行實時的在線監測，有利于第一時間發現變電所的故障，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備溫度進行檢測，需要人工操作，不能實現在線監測，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熱引起的設備故障，根據國內外相關領域專家的分析，預期型檢修是比較適合該種設備的檢修方式之一。而無線在線監測系統可以對監測點的溫度進行實時在線監測，實時顯示當前溫度，通過數據分析預測觸點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，當溫度高能及時報警，并準確提供電纜、觸點等的故障部位，這是實現預期型檢修方式的重要途徑。

1 井下高低壓開關無線測溫系統方案

1.1 系統組成

井下高低壓開關無線測溫系統包括礦用隔爆型測溫主機、無線溫度傳感器以及井上系統監控主機等。

考慮井下的工作環境，測溫主機采用隔爆型，可實現多通道下的光轉換，為直觀了解其運行狀況，設置有多種預警指示燈，系統精度更高且分辨率更強；提供網口、串口、USB等多種接口方式，可以將監測數據通過礦上已有的通訊監控網絡傳輸到地面，從地面進行遠程監控。

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

1.2方案對象

針對陽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、陽坡堰配電室90臺高壓配電裝置(540個點)的溫度情況，實現實時在線監測預警及高溫點位置預測預報。

1.3系統架構及特點

該系統抗電磁干擾能力強，可適應在惡劣的電磁環境下對設備的溫度進行監測，同時數字傳感和通訊技術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：①測溫傳感器安裝在高電壓、強電磁干擾及高密封的環境中，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、安裝簡單、使用壽命長等特點。②利用數據分析技術，實現歷史數據的儲存和查詢，對比分析和趨勢分析，并進行診斷。能對設備的異常事件自動報警和進行一定的故障判斷。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，實現聯動操作，構建了設備與設備之間的信息聯絡和共享平臺。④本系統采用目前無線傳感技術實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反映到一個界面來實現實時在線監測進行分析。系統通過MODBUS總線網絡、以太網、無線WiFi、GPS等多種方式傳輸數據，方便與現有自動化系統連接。

1.4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。

1.5傳感器的安裝方法及位置

系統所用無線溫度傳感器采用LTU32無源UHF RFID溫度傳感芯片，與傳統溫度傳感器芯片相比，更加綠色環保，具有身份識別、實時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境下的檢測能力更加穩定，可適應復雜的煤礦井下工作環境，為煤礦安全、高效生產提供保障。

根據現場的實際情況，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，用環氧樹脂膠將傳感器緊密粘貼于動觸頭表面上。此方法既能準確測出負載相的實時溫度，也利于后期檢修設備時而不損壞傳感器[-2。

2應用情況

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

本系統對陽煤集團一礦井下配電室高開進行監測監控。對井下高低壓開關進行溫度測量，主要溫度測量點位于開關本體與開關殼體的接觸點(即動靜觸頭接合面)、開關出線電纜頭、開關母線接頭等位置。監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臺高開進行監測；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，開關柜溫度實時數據由測溫主機通過井下環網傳輸至井上服務端。由服務端對井下各個配電室開關柜的溫度進行實時監測、記錄、分析。

井下高低壓開關無線測溫系統可以24h不間斷對各個測溫點進行測量。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，當被檢測設備超過設定溫度值時，系統能夠自動預警(當溫度超過設定值60℃時提醒調度工作人員此開關所帶動力設備有超負荷傾向)、報警(當開關溫度超過設定值90℃時，產生報警信號通知調度和相關工作人員負荷超限，及時處理相關故障),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(開關)實地查看，并采取相應措施，預防事故的發生。

通過試驗運行實現了高低壓開關內關鍵位置的溫度監測，提前預防開關過熱引起的開關斷電、燒毀等事故，提高井下供電系統的可靠性。

測溫系統實現功能如下：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，報警限值由用戶設定。②系統界面顯示。為一次系統圖上顯示各點溫度、報警信息。系統各個溫度接收器定期(如1～30min)上傳溫度數據。③歷史數據查詢。可選擇查詢歷史數據的類型，即歷史曲線、歷史值、月*高溫度，同時可現場查詢任意一個測溫點的溫度數據，以及查詢的年度、月份和天數。數據庫至少可保存1a歷史數據，并可查詢*近1個月每個溫度點的歷史數據，同時方便導出到EXCEL表格。④顯示溫度實時監測。實時溫度曲線繪制每個監測點溫度的當日實時曲線，實現溫度數據曲線圖和列表分析。⑤測溫數據信息可進行遠傳共享。可融入綜自系統，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(可根據故障類型、時間、部位等進行查詢)。

3應用場所

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

4系統結構

溫度在線監測系統結構圖

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關設備運行溫度狀態。系統具有以下主要功能：

1. 溫度顯示：顯示配電系統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。

1. 溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

1. 運行報表：查詢及打印各測溫點時間的溫度數據。

1. 實時告警：系統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。系統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。

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

6系統硬件配置

溫度在線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關以及站控層的測溫系統主機組成，實現變配電系統關鍵電氣部位的溫度在線監測。

結 語

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，不能實時在線顯示，同時容易受到環境溫度、濕度和電磁干擾，易漂移，重復性和長期穩定性很差。因此，采用目前比較無線測溫傳感技術，實現煤礦變電所溫度實時在線監測。與傳統的電力傳感監測系統相比，該系統具有以下優勢：①系統采用無源傳感器感知溫度信息，本質安全，穩定性高；②該系統的溫度信息通過無線信號傳輸，不受電磁干擾，防潮濕；③系統響應時間更短，監測范圍更廣泛，適應惡劣工作環境的能力更強，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，現場布置簡便，監測預警范圍廣，抗輻射和抗電磁干擾性能好；⑤該系統可實現單線多點測量，系統容量大、復用能力強。

參考文獻

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[4]企業微電網設計與應用手冊.2020.6.

作者簡介

黃琴，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產品的研發及應用。