淺談無線測溫技術(shù)在大功率整流器上的應(yīng)用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：隨著整流器運行電流的增加 ，運行溫度成為影響整 流器安全運行的主要因素 。針對目前大功率整流器運行溫度通過出口水溫表和紐扣繼電器來監(jiān)測 ，運行人員不能及時、準(zhǔn)確地掌握整流器運行狀況的問題，利用無線測溫技術(shù)實現(xiàn)了整流器運行溫度的實時監(jiān)測，確保整 流器的運行故障能被及時發(fā)現(xiàn)，減少了機組故障跳閘的機率。

關(guān)鍵詞：大功率 整流器 溫度傳感器 無線測溫 電解鋁 橋臂 

1 概況

        整流器是電解鋁整流所的主體設(shè)備，其運行狀況直接關(guān)系著電解鋁的正常生產(chǎn) 。大功率整流器運行中的電流較大 ，當(dāng)局部溫升較高時，易導(dǎo)致元器件特性劣化 ，或使橋臂過熱保護(hù)動作，造成機組跳閘。

大功率整流器一般采用純水冷卻方式 ，純水經(jīng)集流管道分別進(jìn)入整流橋臂和整流元件水套循環(huán) ，帶走整流器運行產(chǎn)生的熱量。整流器的溫度監(jiān)測點為12條水冷母線橋臂和出口水溫 ，水冷母線橋臂溫度全部采用由雙金屬片外加高阻絕緣陶瓷構(gòu)成的紐扣繼電器進(jìn)行監(jiān)測，出口水溫采用電接點溫度表監(jiān)測 (為整流器整體運行溫度)，閥側(cè)母線、直流刀閘等重要部位無溫度監(jiān)測。但出口水溫表不能監(jiān)測整流器運行的局部溫度，橋臂紐扣繼電器測溫也存在以下問題 ：(1)測溫誤差大，為3～5℃；(2)繼電器動作溫度設(shè)定為固定值60~65℃ ，不可調(diào)，當(dāng)橋臂溫度達(dá)到該動作值后會直接動作于整流器跳閘，造成電解系列電流波動 ；(3)整流橋臂溫度值不可監(jiān)視 ，待橋臂溫度上升到測溫元件動作值時，相應(yīng)橋臂上的元器件 運行溫度已升到 80~90℃，基本達(dá)到了元器件的溫升 ；(4)運行人員不能隨時觀察橋臂 的運行溫度并及時處理橋臂過熱故障；(5)測溫元件的二次引出線及其外接報警裝置降低了整流器的整體絕緣 。 

另一種整流器運行溫度監(jiān)測方式是人工使用紅外測溫儀進(jìn)行溫度巡檢 。但該方式受到時間間隔、測量人員 、測量方法等因素的影響；同時，測量人員距離整流器過近，存在很大的人身安全隱患 。

2 無線測溫技術(shù)的應(yīng)用

        大功率整流器安裝無線測溫系統(tǒng)的主要目的是解決目前大功率整流器橋臂、閥側(cè)母線和直流母線溫度監(jiān)測存在的問題，并提供一種全新、實時在線監(jiān)測、準(zhǔn)確度高 、安全性能好、維護(hù)方便的整流器運行溫度在線監(jiān)測方式。該系統(tǒng)主要由無線溫度傳感器、現(xiàn)場接收主機、串口服務(wù)器、無線網(wǎng)橋、交換機、后臺監(jiān)控軟件構(gòu)成，如圖 1所示。

圖 1 大功率整流器無線測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

        圖1中，溫度傳感器使用自攻螺母固定在測溫點上，其底部伸出的導(dǎo)溫?fù)芷杉瘶虮刍蚰妇€上的溫度。溫度信號由集成在傳感器內(nèi)的發(fā)射裝置按照直線傳輸方式發(fā)送到現(xiàn)場接收主機 內(nèi)，現(xiàn)場接收主機將接收到的溫度數(shù)據(jù)保存在存儲芯片中，并通過液晶屏進(jìn)行現(xiàn)場顯示 ?，F(xiàn)場接收主機懸掛在距整流器3～lOm 的范圍內(nèi)，可對各傳感器的溫度報警限值進(jìn)行單獨設(shè)置，并可對同一點進(jìn)行兩級報警設(shè)置，確保運行人員可提前發(fā)現(xiàn)故障并采取有效措施排除故 障，以減少整流器故障跳閘次數(shù)。當(dāng)整流器監(jiān)測點運行溫度達(dá)到報警限值時，現(xiàn)場接收主機發(fā)出蜂鳴聲 ；同時，與其通信的上位機也進(jìn)行相應(yīng)的聲光報警。上位機軟件部分主要實現(xiàn)整流器橋臂溫度、閥側(cè)母線溫度 、直流正負(fù)母線 溫度的實時顯示及溫度超限報警，并建立整流器運行溫度 監(jiān)視畫面和數(shù)據(jù)庫 ，進(jìn)一步提高了整流所的綜合自動化水平。同時，值班人員在主控室通過工控機可以實時、準(zhǔn)確地掌握整流器各部位的溫度變化情況 ，很大程度地減低工人的勞動強度。

大功率整流器無線測溫系統(tǒng)完*了前面一節(jié)中提到的問題 ：(1)溫度傳感器底部伸 出的導(dǎo)溫?fù)芷辟N測溫點，測量準(zhǔn)確，溫度誤差在0～1℃以內(nèi) ；(2)整流器橋臂報警溫度可設(shè)置兩級限值 ；(3)實現(xiàn)了整流器橋臂溫度實時監(jiān)測 ；(4)溫度信號采用直線式的無線傳播方式 ，每個測溫點之間以及顯示器之間*隔離，不破壞整流器絕緣和結(jié)構(gòu) ；(5)溫度信號采用直線傳輸方式，不會對綜保裝置等電子設(shè)備構(gòu)成干擾 ；(6)降低了運行人員的勞 動強度 ，保證其人身安全。

3 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

        安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款的無線測溫軟件。

3.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖2），系統(tǒng)設(shè)計遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢

        溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

        查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.

■實時報警

        壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警方式：

        a.彈岀事件報驚窗口.

        b.實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

        C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信（需選配）.

■歷史告警査詢

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

■定值設(shè)置

        用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

        展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

        設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

3.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

        安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖3）。

圖3 電氣接點在線測溫結(jié)構(gòu)圖

3.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

        無線溫度傳感器共有5種，分別對應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

3.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

        無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

3.3.3 安科瑞顯示終端

        顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

4 結(jié)束語

        大功率整流器安裝的溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要完成了以下技術(shù)任務(wù)。(1)實現(xiàn)了整流器運行溫度的可視化管理 ：實時監(jiān)測整流器橋臂、閥側(cè)母線 、直流正負(fù)母線的運行溫度，當(dāng)監(jiān) 測點溫度或溫升異常時發(fā)出報警信號。 (2)提高了整流器運行的可靠性：整流器運行溫度的 實時可監(jiān)視提高了運行人員對整流器運行狀況的管理水平，避免因橋臂運行溫度過高導(dǎo)致元件結(jié)溫過高而發(fā)生擊穿事故。(3)實現(xiàn)了整流器良性運行：整流橋臂運行溫度的自動監(jiān)測及報警系統(tǒng)建立了監(jiān)測點兩級報警和溫升速率報警功能，確保整流器的運行故障能及時被發(fā)現(xiàn) ，減少了機組故障跳閘的機率。 (4)提高了整流器運行維護(hù)的管理水平 ：整流橋臂運行溫度的自動監(jiān)測及報警系統(tǒng)建立了整流器橋臂 、閥側(cè)母線 、直流母線運行溫度數(shù)據(jù)庫， 同時生成相關(guān)趨勢曲線圖，讓運維人員能隨時掌握整流器運行溫度的變化趨勢， 為整流器的維護(hù)提供了可靠的數(shù)據(jù) ，減少了人工巡測的勞動強度和不安全因素。(5)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的無 線傳輸 ：測溫點與現(xiàn)場接收主機之間采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)顯示具有實時性、 穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性等優(yōu)點 ，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率為100％，并對整流器的絕緣性能無影響。因此 ，大功率整流器溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用解決了整流器運行存在的安全隱患，*國內(nèi)鋁行業(yè)整流器運行溫度自動監(jiān)測的空白。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳改琴.無線測溫技術(shù)在大功率整流器上的應(yīng)用.

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.