1 鋼鐵工業電氣裝置需求分析

鋼鐵工業是個龐大復雜的工業生產系統, 大量使用中低壓開關柜、高壓電動機、發電機等電氣設備。 對自動化程度和連續生產的高要求,不僅對其供電可靠性越來越高,而且對鋼鐵工業系統內關鍵的配電及高壓電動機設備的穩定可靠性也提出了更高的要求。 電氣設備在長期運行過程中,電氣一次模塊觸點和連接等部位因老化或接觸電阻過大而發熱, 進而導致接頭異常升溫甚至引發燃爆事故。變電站或配電室內開關柜等電氣設備安裝密集,電動機也都是各工藝段的關鍵設備,故此類事故可能會導致大量電氣設備損壞,并引發下游大范圍供電線路或重要用電設備突然停電,造成巨大的直接和間接經濟損失。近年來,傳感器及物聯網,設備的在線監測,及大數據分析等技術的快速發展,結合鋼鐵工業的特點及需求,新技術的研究與應用對解決此類問題提供了新的解決方案。

2 關鍵新技術的選用

針對上述提出的問題,結合溫度傳感器、Sub-1G無線傳輸、云應用及大數據分析技術現狀,本文提出了多種新技術的解決方案并結合實際案例進行應用。

2.1 溫度測量技術的選用

傳統的測溫方法包括通過熱電偶、熱電阻、半導體溫度傳感器等測溫,溫度傳感器與測溫儀之間采用金屬導線傳輸溫度信號。電氣設備測溫檢測,由于溫度傳感器直接安裝于高壓接點/觸點上,其信號傳輸金屬導線的絕緣性能無法保證。 同時,對于改造類項目實施難度較大,因此推薦采用無線測溫方法進行檢測。目前無線測溫方法包括電磁感應供電無線測溫、電池供電無線測溫方式及紅外在線測溫方式。紅外測溫需要鏡頭對準發熱點,塵土震動對其影響較大;有源無源測溫較合適,無需布線,易于安裝,但有源測溫需要外供電池,受電池壽命影響,需要更換;電磁感應供電無線測溫具有測溫速度快、周期短、免維護、使用壽命長、故障率低等特點。表1詳細比較了各種無線測溫方法的性能。

表 1 無線測溫技術性能比較

2.2無線傳輸技術選用

無線通信是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式,其中應用較為廣泛及具有較好發展前景的短距離無線通信方式包括:Sub-1G技術、藍牙技術(Bluetooth)、工業無線技術( WiFi)、超寬帶技術(UWB)、近場通信技術 (NFC)。

藍牙技術(Bluetooth)屬于一種超短距離的無線傳輸技術,傳輸距離10m范圍以內,傳輸速率約1 Mb / s,其有效速率約為 723 kb / s;超寬帶技術 (UWB)傳輸速率一般結余 53 ~ 480 Mb / s 傳輸距離小于40 m;近場通信技術(NFC)適用于近距離貼近操作。Sub-1G技術的主要特征包括:傳輸速率較低;通信距離較長;設備功耗極低,發射輸出僅為10dBm;通信組網簡潔。這些主要特征使Sub-1G 通信技術傳輸數據穩定可靠。表2給出了幾種技術性能比較。

表2 無線傳輸技術性能比較

2.3 移動互聯網與云技術選用

傳統的系統監控及運行一般以集中式或者分布式的 SCADA 系統應用為主,并在控制室內由操作員及工程師使用。隨著移動互聯網及智能手機的發展和應用,通過傳感器監測到的關鍵設備的各種實時數據也可以通過無線網絡傳輸到遠方云服務器, 特別是對于區域廣,布線困難的區段,數據的獲取將會變得更加方便和容易。傳輸到云服務器上的數據比起傳統專門的服務器存儲,成本更低,可靠性更高,供不同用戶使用更方便。通過無線網絡傳輸到云服務器的數據,可以通過智能手機的APP顯示出來,并通過不同的功能模塊定制化實現。根據不同用戶的需求和設備使用情況,可以對存儲的數據按照既定算法進行數據分析,及早通過數據對比發現異常數據,并給予用戶提示或者告警信息,減少及降低設備故障甚至事故的發生。

3 應用方案綜述

項目針對鞍山鋼鐵6KV部分的總站和窯頭站的57面開關柜進行進行智能測溫改造，經過技術對比,使用無線無源溫度傳感器+溫度監測系統,準確的采集關鍵部位的溫度信號 ,通過控制中心的無線測溫監測系統,實現溫度信號的實時監測,超溫部位及設備精準定位,超溫報警,保證關鍵設備壽命及生產連續性,減少及避免潛在事故的風險。并且測溫系統實現了測溫信號的移動運維,不僅可以通過智能手機實時監控到關鍵設備的溫度,并能在超溫時自動發出報警信號,及時推送到具體負責人員的智能手機終端,實現高效的問題處理,極大的降低配電裝 置及電氣設備事故風險,保證供電可靠性,生產連續性及安全生產。

4安科瑞溫度在線監測系統解決方案

4.1概述

電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸 電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。

Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS 485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，系統設計遵循****Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了極大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。

4.2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。

4.3系統結構

溫度在線監測系統結構圖

4.4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。

2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。

3）運行報表：查詢及打印各測溫點指定時間的溫度數據。

4）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。

5）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。

4.5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。

5 結語

無線測溫系統在鞍山鋼鐵的智能化測溫改造及應用,提供溫度異常告警、實時設備溫度采集、周期性溫度監測及報表、設備狀態評估等功能,能減少及避免重大因溫度導致故障的發生。系統運用效果良好,大量減少了運維及管理人員的工作量,提高了檢修操作的精準度。其次,隨著技術的發展和其它傳感器的應用,從不同角度獲得關鍵設備及系統的數據,更客觀地進行設備及系統監測,作為下步研究工作方向之一。而且,智能化、萬物互聯等新技術的應用,會對運維人員的能力及習慣提出更高的要求,智能化系統需要進一步提高用戶的實際體驗,開發更多更貼近用戶的功能,比如資產管理、工單處理、故障排除等,得到更多的應用。