浅谈无线测温系统在设备点检中的研究与应用
摘要：针对轧钢厂设备点检中遇到的问题进行分析，提出了使用无线测温法来解决设备点检问题的方案。通过对比有源无线温度传感器和无源无线温度传感器的技术参数及优点，在高压开关柜安装无源无线温度传感器、在行车电机上安装有源无线温度传感器，进行实时监控。无线测温系统运行近一年，有效提升了点检效率。但是，在运行中也发现了一些问题，需进一步改进、完善，实现全厂无线测温系统温度的集中监控。
关键词：无线测温装置；无线温度传感器；点检困难部位；高压真空断路器；行车
0引言
轧钢厂有4条生产线，即：棒材生产线、高速线材生产线、棒线复合型生产线（高棒、高线双线）和型钢生产线。其中，棒材生产线有33台高压柜、15台行车，棒线；高速线材生产线有40台高压柜、19台行车；型钢生产线有30台高压柜、16台行车；总计103台高压柜、50台行车。本文对无线测温装置在开关柜、行车电机和关键电机中的应用进行阐述，实现对真空断路器触头、行车电机和关键设备电机的温度控制、实时等功能，提前发现隐患并进行预防处理，避免关键设备突然损坏造成不可估量的损失。
1设备点检中遇到的问题
高压开关柜检查主触头的方法为停电、将小车摇出后进行紧固和温度测量，点检周期为每季度，而设备的劣化是无周期、无规律的，尤其是高压开关的主触头，需要对其进行实时监控，掌握其劣化趋势，及时发现隐患并进行处理，否则一旦发生异常，后果难以想象。因行车使用频繁，若每日停下来对其进行全面点检较为困难。若采用PT100测温元件对电机进行实时测温，因行车需来回吊运钢材、钢坯，无法保证线路的安全性，实施起来更为困难。
2高压开关柜、行车电机运行情况分析
针对2021年出现的高压开关柜、行车电机等设备异常情况进行统计，具体如下：
（1）5月19日，棒材春防期间，对高压柜动静触头进行紧固时发现，1号加热炉高压配电柜静触头有变色的现象。
（2）7月1日，棒线春防期间，将高压柜中轧整流柜小车摇出清灰紧固，发现小车的动触头B相有变色现象。
（3）9月8日，型钢原料跨1号行车主钩电机烧损，经检查为定子绕组缺相造成。
（4）9月24日，型钢中压水站3号泵电机烧损，经检查为3号泵油泵电机损坏，造成电机缺油运行烧损。
对上述4起异常情况分析发现：在高压开关柜运行中，不能有效观察动、静触头接触是否良好、不能检查动静触头螺栓是否松动，是造成触头温度异常、触头变色的主要原因。行车电机和关键设备电机的日常点检，具有一定的周期性，无法做到实时监测，当电机温度发生异常，如果不能及时发现并处理，在一段时间内，电机将发生损坏。
3解决方案
经过查询资料，决定选择使用无线测温法来解决设备点检中遇到的问题。
3.1无线测温传感器的选择
表 1 有源无线测温传感器、无源无线测温传感器对比
根据表1无线温度传感器的特性对比，决定在高压开关柜采用无源无线温度传感器，在行车电机温度监测系统采用有源无线温度传感器，传输距离远，安装方便。
3.2无线测温系统硬件设计及安装
整个测温系统由无线温度传感器、现场监控主机和后台监控系统三大部分组成。无线温度传感模块与无线测温集中接收器之间通过无线电波传送温度数据，对其他设备没有任何干扰及影响。无线测温集中接收器带有无线通讯口，所测得温度数据可以通过无线的方式将温度数据上传至后台管理系统进行数据分析处理，再通过输出模块实现功能。
3.2.1高压开关柜无线测温系统
3.2.1.1无源无线温度传感器工作原理及相关技术参数
当导体中有交流电流流过时，感应磁芯感应出感应电流，通过转换电路、过压保护电路、稳压电路和CPU温度采样电路，再通过无线射频模块，将温度值传送至接收装置[1-2]。
无源无线测温传感器相关技术参数如表2所示。
表2无源无线测温传感器相关技术参数
3.2.1.2无源无线温度传感器安装步骤
（1）预计安装部位长度，把取电合金片对折1~2次。
（2）把折好的取电片插入传感器。
（3）将模块缠绕在真空断路器主触头上，并拉紧折叠两侧的合金片，然后把尾部反折过来，压紧。
（4）用硅胶表带包住取电片，并绑紧。模块紧贴被测部位。
3.2.1.3无源无线测温接收主机
触摸式无线测温主机可以对无线温度传感器工作状态进行监测，实时显示被测触头温度、提示和输出等，通过输出模块，连接指示灯。
安装后，可实时显示被测物体的温度和传感器工作电压，并根据设定值输出。
3.2.2行车电机等无线测温系统
3.2.2.1有源无线温度传感器工作原理及相关技术参数
有源温度传感器安装到被测物体上，通过采样滤波电路、放大电路和无线发射电路，将温度值传送至接收装置。实时监测被测部位的当前温度、实时监测传感器自身的供电电压值，并将所测的数据全部通过无线上传到无线测温主机。相关技术参数如表3所示。
3.2.2.2有源无线温度传感器的安装
将有源无线温度传感器的表带去掉，将本体安装在所测电机的机身上。
3.2.2.3有源无线测温接收主机
将接收主机安装在就近操作台，通过输出模块外接指示灯，一旦有超温时，指示灯闪烁，可以及时发现异常。
表3有源无线温度传感器相关技术参数
4无线测温系统的现场应用及改进
现场安装无线测温系统，对高压开关柜的主触头和行车电机等的温度进行实时监控，经过一段时间的使用，及时发现了一些超温和隐患，采取措施进行处理，避免了电机烧损、高压开关柜发生重大事故障，有效提升了点检效率。
4.1无线测温系统预防管理效果
在使用无线测温系统过程中，发现了一些超温的情况。
（1）棒材水泵房精轧浊环泵电机发生超温，到现场查看，对电机机身温度进行测量，温度为75℃，当即投入备用电机。对超温电机进行检测，发现电机绝缘阻值降低，避免了电机被烧损。
（2）棒线空气排烟机电机在运行过程中超温，现场检查发现，电机散热风机损坏，导致电机温度逐步升高。更换使用备机，确保了生产稳顺运行。
（3）棒材高压配电柜发现母联柜上触头B相温度高达54℃，随即向上级供电部门申请倒闸操作，检查发现静触头变色，有螺栓松动的情况。对其进行紧固和打磨后，重新安装。第二天查看温度情况，下降为38℃，避免了高压开关发生重大事故。
4.2无线测温系统的改进
无线测温系统运行近一年，对运行中发现的问题进行了相应改进。
（1）行车在吊运钢坯、钢材过程中，由于行驶距离远近不同，无线温度传感器的信号不太稳定。通过将传感器内部天线焊接加长，增加了信号的传输距离，保证了信号稳定传输。
（2）棒材母联柜触头温度值为55℃，由于无源无线温度传感器安装在主触头套管上，测量温度值较实际温度偏差较大。更换为一种微型无源无线温度传感器，安装在高压开关柜主触头上，可以更加准确地测量触头温度。
4.3目前生产应用中的不足之处
（1）轧钢厂有103台高压柜，其中，有22台为整流变高压柜。整流变压器负责给直流电机供电，只有轧制过程中才有电流通过，而无源无线温度传感器的供电方式为感应电流式，通讯频率为10～60s。也就是说，在直流电机无轧件轧制时，无源无线测温传感器无法感应到主触头温度，需要使用有源无线温度传感器，工作方式为感应温度式。这样，无论主触头是否有电流流过，都可以实时将触头温度并显示在测温主机上。
（2）高压开关柜的输出模块已经接入声光灯，一旦超温，将发出声光。但是，未接入PLC控制系统，不能在监控画面上显示信号。
（3）行车等电机的温度监控已经按计划接入就近操作台的测温主机内，只有操作台才能看到和温度。下一步，计划将所有操作台的测温主机通过光纤将信号传递回电工值班室监控电脑上，实现全厂无线测温系统温度的集中监控。
5 安科瑞温度在线监测系统解决方案
5.1概述
电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通讯，系统设计遵循标准Modbus-RTU、Modbus-TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了较大地提高。该系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件、曲线、棒图、报表和用户管理功能，可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速响应，预防严重故障发生。
5.2应用场所
适合在泛在电力物联网、钢厂、化工、水泥、数据中心、医院、机场、电厂、煤矿等厂矿企业、变配电所等电力设备的温度监测。
5.3系统结构
温度在线监测系统结构图
5.4系统功能
测温系统主机Acrel-2000T安装于值班监控室，可以远程监视系统内所有开关设备运行温度状态。系统具有以下主要功能：
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温度显示：显示配电系统内每个测温点的实时值，也可实现电脑WEB/手机APP远程查看数据。
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温度曲线：查看每个测温点的温度趋势曲线。
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运行报表：查询及打印各测温点时间的温度数据。
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实时告警：系统能够对各测温点异常温度发出告警。系统具有实时语音功能，能够对所有事件发出语音告警，告警方式有弹窗、语音告警等，还可以短信/APP推送告警消息，及时提醒值班人员。
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历史事件查询：能够温度越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和进行历史追溯，查询统计、事故分析等。
5.5系统硬件配置
温度在线监测系统主要由设备层的温度传感器和温度采集/显示单元，通讯层的边缘计算网关以及站控层的测温系统主机组成，实现变配电系统关键电气部位的温度在线监测。
| 名称 | 外形 | 型号 | 参数说明 |
| 系统组态软件 |
| Acrel-2000/T | 硬件：内存4G，硬盘500G，以太网口。 显示器：21寸，分辨率1280*1024。 操作系统：Windows764位简体中文旗舰版。 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2。 通讯协议：IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、ModbusRTU、ModbusTCP等标准通信规约 |
| 智能通信管理机 |
| Anet-2E4SM | 通用网关，2路网口，4路RS485，可选配1路LORA，带电告警功能，支持485，4G从模块扩展。 |
| 无线测温集中采集设备 |
| Acrel-2000T/A | 壁挂式安装 标配一路485接口、一路以太网口 自带蜂鸣器告警 柜体尺寸480*420*200（单位mm） |
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| Acrel-2000T/B | 硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口 显示器：12寸，分辨率800*600 操作系统：Windows7 数据库系统：MicrosoftSQLServer2008R2 可选Web平台/APP服务器 柜体尺寸为480*420*200（单位mm) | |
| 显示终端 |
| ATP007 ATP010 | DC24V供电；一路上行RS485接口；一路下行RS485接口； 可接收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。 |
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| ARTM-Pn | 面框96*96*17mm，深度65mm；开孔92*92mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
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| ASD320 ASD300 | 面框237.5*177.5*15.3mm，深度67mm；开孔220*165mm； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。 | |
| 智能温度巡检仪 |
| ARTM-8 | 开孔88*88mm嵌入式按照； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 可接入8路PT100传感器，适用于低压开关柜电气接点、变压器绕组、点击绕组等场合的测温； |
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| ARTM-24 | 35MM导轨安装； AC85-265V或DC100-300V供电； 一路上行RS485接口，Modbus协议； 24路NTC或PT100、1路温湿度测温、2路继电器告警输出，用于低压电气接点、变压器绕组、点击绕组等场所测温； | |
| 无线收发器 |
| ATC450-C | 可接收60个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。 |
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| ATC600 | ATC600有两种规格；ATC600-C可接收240个ATE100/ATE100M/ATE200/ATC400/ATE100P/ATE200P传感器数据。ATC600-Z做中继透传。 | |
| 电池型无线测温传感器 |
| ATE100M | 电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 32.4*32.4*16mm(长*宽*高)。 |
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| ATE200 | 电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米； 35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。 | |
|
| ATE200P | 电池供电，寿命≥5年；-50℃~+125℃； 精度±1℃；470MHz，空旷距离150米,防护等级IP68；35*35*17mm，L=330mm(长*宽*高，三色表带)。 | |
| CT取电型无线测温传感器 |
| ATE400 | CT感应取电，启动电流≥5a；-50℃~125℃；精度±1℃470MHz，空旷距离150米； 合金片固定、取电；三色外壳；25.82*20.42*12.8mm(长*宽*高)。 |
| 有线温度传感器 |
| PT100 | 用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； 用于变压器、电机绕组测温时，建议变压器或电机内部预埋好Pt100 |
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| NTC | 用于低压接点测温时，具体封装、精度、线制、线材、线长与供应商联系； |
参考文献
[1]彭云.10kV高压开关柜在线测温技术研究[D].广州：华南理工大学，2010.
[2]赵炳成.高压开关柜在线测温系统的开发与应用[D].杭州：浙江大学，2011.
[3]马翔，杜坚，魏杰，程明敏，李玉斌，刘利鹏，无线测温系统在设备点检中的应用
[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022年05版