摘 要：為節(jié)約勞動成本，改善煤礦井下的監(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柜內(nèi)部的工作環(huán)境進行監(jiān)測。設計的無線測溫系統(tǒng)可實時、準確的進行監(jiān)測和預警,大幅提升監(jiān)測效率，同時具有分區(qū)定位功能，故障預警更加明確，防治更加到位。該系統(tǒng)對井下變電所開關柜內(nèi)*點部位的溫度進行實時在線監(jiān)測、預警，為煤礦安全生產(chǎn)提高了保障。
關鍵詞：井下高低壓開關；開關內(nèi)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(chǎn)及安全運營，因此，很有必要對變電所進行實時的在線監(jiān)測，有利于*一時間發(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備溫度進行檢測，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(jù)國內(nèi)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(jiān)測系統(tǒng)可以對監(jiān)測點的溫度進行實時在線監(jiān)測，實時顯示當前溫度，通過數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，當溫度超限時能及時報警，并準確提供電纜、觸點等的故障部位，這是實現(xiàn)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(tǒng)方案
1.1 系統(tǒng)組成
井下高低壓開關無線測溫系統(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。
考慮井下的工作環(huán)境，測溫主機采用隔爆型，可實現(xiàn)多通道下的光轉換，為直觀了解其運行狀況，設置有多種預警指示燈，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)絡傳輸?shù)降孛?，從地面進行遠程監(jiān)控。
所用溫度傳感器響應時間短，監(jiān)測精度高，結構合理，可有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。系統(tǒng)的相關技術參數(shù)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*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)測預警及高溫點位置預測預報。
1.3系統(tǒng)架構及特點
該系統(tǒng)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行監(jiān)測，同時數(shù)字傳感和通訊技術的應用使系統(tǒng)更加中心。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，其結構如圖1所示。
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(shù)據(jù)分析技術，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(tǒng)可與配電室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，遠方監(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，構建了設備與設備之間的信息聯(lián)絡和共享平臺。④本系統(tǒng)采用目前無線傳感技術實現(xiàn)煤礦變電所溫度監(jiān)測的安全檢測系統(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)測進行分析。系統(tǒng)通過MODBUS總線網(wǎng)絡、以太網(wǎng)、無線WiFi、GPS等多種方式傳輸數(shù)據(jù)，方便與現(xiàn)有自動化系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)溫度傳感器芯片相比，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)的功能⑥,特殊的內(nèi)部電路設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(jù)現(xiàn)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(huán)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(jù)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(tǒng)對陽煤集團一礦井下配電室高開進行監(jiān)測監(jiān)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(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*央配電室12臺高開進行監(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)傳輸至井上服務端。由服務端對井下各個配電室開關柜的溫度進行實時監(jiān)測、記錄、分析。
井下高低壓開關無線測溫系統(tǒng)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(tǒng)的高溫報警極限值，當被檢測設備超過設定溫度值時，系統(tǒng)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(fā)生。
通過試驗運行實現(xiàn)了高低壓開關內(nèi)關鍵位置的溫度監(jiān)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(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。超溫報警具有預警和報警2級標準，報警限值由用戶設定。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1～30min)上傳溫度數(shù)據(jù)。③歷史數(shù)據(jù)查詢。可選擇查詢歷史數(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)，以及查詢的年度、月份和天數(shù)。數(shù)據(jù)庫至少可保存1a歷史數(shù)據(jù)，并可查詢*近1個月每個溫度點的歷史數(shù)據(jù)，同時方便導出到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)信息可進行遠傳共享?？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。⑥故障報警及記錄查詢(可根據(jù)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(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監(jiān)測。
4系統(tǒng)結構
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
5系統(tǒng)功能
測溫系統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關設備運行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：
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溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個測溫點的實時值，也可實現(xiàn)電腦WEB/手機APP遠程查看數(shù)據(jù)。
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溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
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運行報表：查詢及打印各測溫點指定時間的溫度數(shù)據(jù)。
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實時告警：系統(tǒng)能夠對各測溫點異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發(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，及時提醒值班人員。
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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(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析等。
6系統(tǒng)硬件配置
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)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)關以及站控層的測溫系統(tǒng)主機組成，實現(xiàn)變配電系統(tǒng)關鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測。
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名稱
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外形
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型號
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參數(shù)說明
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系統(tǒng)組態(tài)軟件
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Acrel-2000/T
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硬件：內(nèi)存 4G，硬盤 500G，以太網(wǎng)口。
顯示器：21 寸，分辨率 1280*1024。
操作系統(tǒng)：Windows 7 64 位簡體中文旗艦版。
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Microsoft SQL Server 2008 R2。
通訊協(xié)議：IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、Modbus RTU、Modbus TCP 等國際標準通信規(guī)約
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智能通信管理機
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Anet-2E4SM
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通用網(wǎng)關，2路網(wǎng)口，4路RS485，可選配1路LORA，帶電告警功能，支持485，4G從模塊擴展。
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無線測溫集中采集設備
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Acrel-2000T/A
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壁掛式安裝
標配一路485接口、一路以太網(wǎng)口
自帶蜂鳴器告警
柜體尺寸480*420*200 （單位mm）
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Acrel-2000T/B
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硬件：內(nèi)存4G，硬盤128G，以太網(wǎng)口
顯示器：12寸，分辨率800*600
操作系統(tǒng)：Windows7
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：Microsoft SQL Server 2008 R2
可選Web平臺/APP服務器
柜體尺寸為480*420*200（單位mm)
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顯示終端
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ATP007
ATP010
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DC24V供電；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口；
可接收20個ATC200/1個ATC400/1個ATC450-C。
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ARTM-Pn
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面框96*96*17mm，深度65mm；開孔92*92mm；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接收60個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
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ASD320
ASD300
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面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；開孔220*165mm；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接收12個ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
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智能溫度巡檢儀
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ARTM-8
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開孔88*88mm 嵌入式按照；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
可接入8路PT100傳感器，適用于低壓開關柜電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場合的測溫；
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ARTM-24
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35MM導軌安裝；
AC85-265V或DC100-300V供電；
一路上行RS485接口，Modbus協(xié)議；
24路NTC或PT100、1路溫濕度測溫、2路繼電器告警輸出，用于低壓電氣接點、變壓器繞組、點擊繞組等場所測溫；
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無線收發(fā)器
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ATC450-C
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可接收60個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。
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ATC600
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ATC600有兩種規(guī)格；ATC600-C可接收240個ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P傳感器數(shù)據(jù)。ATC600-Z做中繼透傳。
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電池型無線測溫傳感器
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ATE100M
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電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃；
精度±1℃；470MHz，空曠距離150米；
32.4*32.4*16mm(長*寬*高)。
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ATE200
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電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃；
精度±1℃；470MHz，空曠距離150米；
35*35*17mm， L=330mm(長*寬*高，三色表帶)。
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ATE200P
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電池供電，壽命≥5年；-50℃~+125℃；
精度±1℃；470MHz，空曠距離150米,防護等級IP68；35*35*17mm， L=330mm(長*寬*高，三色表帶) 。
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CT取電型無線測溫傳感器
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ATE400
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CT感應取電，啟動電流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空曠距離150米；
合金片固定、取電；三色外殼；25.82*20.42*12.8mm(長*寬*高)。
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有線溫度傳感器
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PT100
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用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯(lián)系；
用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內(nèi)部預埋好Pt100
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NTC
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用于低壓接點測溫時，具體封裝、精度、線制、線材、線長與供應商聯(lián)系；
用于變壓器、電機繞組測溫時，建議變壓器或電機內(nèi)部預埋好
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7結 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，重復性和長期穩(wěn)定性很差。因此，采用目前比較無線測溫傳感技術，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)響應時間更短，監(jiān)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(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性更好；④該系統(tǒng)設計合理，占用空間小，現(xiàn)場布置簡便，監(jiān)測預警范圍廣，抗輻射和抗電磁干擾性能好；⑤該系統(tǒng)可實現(xiàn)單線多點測量，系統(tǒng)容量大、復用能力強。
參考文獻
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[4]企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6.
作者介紹：
范曼曼，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為建筑能耗系統(tǒng)的設計與應用，郵箱:[email protected]，手機：18702112018（微信同號），QQ:2880157876
