无线测温系统在煤矿井下的设计与应用

摘要:为节约劳动成本，改良煤矿井下的监测状况，减少人工监测的误差，提高监测系统的智能化和自动化水平,利用无线测温传感器对井下高低压开关柜内部的工作环境进行监测。设计的无线测温系统可实时、准确的进行监测和预警,大幅提升监测效率， 同时具有分区定位功能，故障预警更加明确，预防更加到位。该系统对井下变电所开关柜内重要部位的温度进行实时在线监测、预警，为煤矿安全生产提高了保障。

关键词：无线测温装置；测温传感器；无线温度传感器；接触式温度传感器

一、引言
　　变电所是煤矿非常重要的供电设备，它们的好坏直接影响煤矿的正常生产及安全运，因 此，很有必要对变电所进行实时的在线监测,有利于及时发现变电所的故障,并及时检修。目前煤矿采取的措施是人工巡检，依靠巡检人员使用手持式红外测温仪对设备温度进行检测,需要人工操作,不能实现在线监测，因此采用的检修方式为定期检修更换元件，对于 负荷不是特别大的供电设备可以采取这种检修方式，但对于负荷特别大所成的异常发热引起的设备故障，根据国内外相关领域专家的分析，预期型检修是比较适合该种设备的检修方式之一。而无线在线监测系统可以对监测点的温度进行实时在线监测，实时显示当前温度，通过数据分析预测触点的故障趋势和温度变化率，保存与分析历史数据和异常数据，当温度超限时能及时报警，并准确提供电揽、触点的故障部位，这是实现预期型检修方式的重要途径。

二、井下高低压开关无线测温系统方案

2.1 系统组成

　　井下高低压开关无线测温系统包括矿用隔爆型测温主机、无线温度传感器以及井上系统监控主机等。考虑井下的工作环境,测温主机采用隔爆型，可实现多通道下的光转换，为直观了解其运行状况，设置有多种预警指示灯,系统精度更高且分辨率更强；提供网口、串口、USB等多种接口方式，可以将监测数据通过矿上已有的通讯监控网络传输到地面，从地面进行远程监控。

　　所用温度传感器响应时间短，监测精度高，结构合理，可保障系统的稳定运行。系统的相关技术参数如表1所示。

2.2 方案对象
　　针对阳煤集团一矿井下吴家掌配电室、二中央配电室、丈八三区配电室、红简沟配电室、十四采区配电室、十三采区配电室、三区辅助轨道巷配电室、阳坡堰配电室90台高压配电装置（540个点）的温度情况，实现实时在线监测预警及高温点位置预测预报。
2.3 系统架构及特点
　　该系统抗电磁干扰能力强，可适应在恶劣的电磁环境下对设备的温度进行监测，同时数字传感和通讯技术的应用使系统更加准确、稳定、可靠。该系统由4部分组成，分别为无线温度传感器、测温通讯终端、工作站及管理中心。各系统间分工明确，密切配合，共同保障系统的稳定运行,其结构如图1所示。

图1 系统结构

　
2.4 系统特点
　　①测温传感器安装在高电压、强电磁干扰及高密封的环境中，测温传感器具有高绝缘、抗电磁干扰等性能。为了使用维护方便，传感器还应具有低功耗、耐高温、安装简单、使用寿命长等特点。
　　②利用数据分析技术,实现历史数据的储存和查询,对比分析和趋势分析,并进行诊断。 能对设备的异常事件自动报警和进行一定的故障判断。
　　③本系统可与配电室内的监控系统，远方监控中心，安防监控系统等子系统，实现联动操作，构建了设备与设备之间的信息联络和共享平台。
　　④本系统采用目前无线传感技术实现煤矿变电所温度监测的安全测系统，将变电所的监测情况同时反映到一个界面来实现实时在线监测进行分析。系统通过M0DBUS总线网络、以太网、无线WiFi、GPS等多种方式传数据，方便与现有自动化系统连接。

2.5 项目方案实施
阳煤一矿井下高压配电柜测温项目涉及8个配电室共计8套测温主机。具体分布情况如表2所示

2.6 传感器的安装方法及位置
　　系统所用无线温传感器采用LTU32无源UHF RFID温度传感芯片，与传统温传感器芯片相比,更加绿色环保，具有身份识别、实时传递位置信息和检测数据的功，特殊的内部电路设计使传感器在高温环境下的检测能力更加稳定，可适应复杂的煤矿井下工作环境，为煤矿安全、生产提供保障。
　　根据现场的实际情况，也为了便于配电柜的维护，考虑将传感器的安装设计成可拆卸式的方法，用环氧树脂胶传感器紧密粘贴于动触头表面上。此方法既能准确测岀负载相的实时温度，也利于后期检修设备而不损坏传感器。

三、应用情况
　　根据科研项目设定的各项目标，针对性进行了大量的应用试验，对各项预定功能逐一进行验证。
　　本系统对阳煤集团-矿井下配电室高开进行监测监控。对井下高低压开关进行温度测量，主要温度测量点位于开关本体与开关壳体的接触点（即动静触头接合面）、开关岀线电缆头、开关母线接头等位置。监测范围包括红简沟配电室14台、吴家掌配电室14台、杨坡堰配电室12台、十四采区配电室12台、十三采区配电室12台、丈八三区配电室8台、三区辅助轨道巷配电室6台、二中央配电室12台高开进行监测；共计540个测温点，90套传感器、8套测温主机。且分别在每个配电室放置1个测温主机，开关柜温度实时数据由测温主机通过井下环网传输至井上服务端。由服务端对井卜各个配电室开关柜的温度进行实时监测、记录、分析。
　　井下高低压开关无线测温系统可以24 h不间断对各个测温点进行测量。在地面主控室的工作人员可设定测温系统的高温报警高值，当被检测设备超过设定温度值时，系统能够自动预警（当温度超过设定值60℃时提醒调度工作人员此开关所带动力设备有超负荷倾向）、报警（当开关温度超过设定值90℃时，产生报警信号通知调度和相关工作人员负荷超限，及时处理相关故障）,并将这些信息存储到数据库中，工作人员便可提前到故障地点（开关）实地查看,并采取相应措施,预防事故的发生。
　　通过试验运行实现了高低压开关内关键位置的温度监测，提前预防开关过热引起的开关断电、烧毁等事故，提高井下供电系统的可靠性。
　　测温系统实现功能如下:
　　①报警功能。超温报警和同一处A、B、C三相温度不平衡报警。超温报警具有预警和报警2级标准，报警限值由用户设定。
　　②系统界面显示。为一次系统图上显示各点温度、报警信息。系统各个温度接收器定期(如1~30 min)上传温度数据。
　　③历史数据查询。可选择査询历史数据的类型，即历史曲线、历史值、月高温度，同时可现场查询任意一个测温点的温度数据，以及査询的年度、月份和天数。数据库至少可保存1a历史数据，并可査询近1个月每个温度点的历史数据，同时方便导出到EXCEL表格。
　　④显示温度实时监测。实时温度曲线绘制每个监测点温度的当日实时曲线，实现温度数据曲线图和列表分析。
　　⑤测温数据信息可进行远传共享。可融入综自系统,将温度数据与综自系统集成、集中显示、报警。

四、安科瑞测温产品介绍
　　a. 电池供电型无线温度传感器
安装于发热部位，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。
　　目前无线温度传感器有三款：

　　b. CT感应取电无线温度传感器
　　安装于断路器触头、母排、电缆搭接点等大电流处，采集温度量并通过无线方式传输的传感器。
　　目前无线温度传感器有两款：

　　安科瑞无线测温就地显示配置：
　　ASD300/320智能操控装置可连接12路无线温度传感器，ARTM-Pn无线测温装置可连接18路无线温度传感器，无源（CT取电）方式为ATE300（捆绑式安装），有源（电池供电）方式为ATE100（螺栓式安装，主要用于电缆/铜排等螺丝固定的搭接点）和ATE200（表带式，主要用于断路器触头等接点捆绑安装，因安装较ATE100更方便，电缆/铜排等搭接点也常选用）。

无线测温带操显功能（就地显示）

　　
　　Acrel-2000T/B无线测温壁挂式监控设备，内存4G,硬盘128G,以太网口，显示器12寸，分辨率800*600，可选Web平台/App服务器，柜体尺寸480*420*200（单位mm），配置IPAD,安装ACREL-2000/T软件。就地实时显示温度分布以及报警等详细参数。

无线测温采集设备配置方案

五、结束语
　　传统的电力传感监测系统主要是基于电子式传感器，存在可靠低，不能实时在线显示，同时容易受到环境温度、湿度和电磁干扰,易漂移，重复性和长期稳定性很差。因此，采用目前比较好的无线测温传感技术，实现煤矿变电所温度实时在线监测。与传统的电力传感监测系统相比,该系统具有以下优势：①系统采用无源传感器感知温度信息,本质安全，稳定性高；②该系统的温度信息通过无线信号传输,不受电磁干扰，防潮湿；③系统响应时间更短，监测范围更广泛,适应恶劣工作环境的能力更强，灵敏度更高，系统的稳定性和可靠性更好；④该系统设计合理，占用空间小,现场布置简便，监测预警范围广,抗电磁干扰性能好；⑤该系统可实现单线多点测量，系统容量大、复用能力强。

【参考文献】
　　[1]宋红卫，史啥.井下高压防爆开关无线测温系统开发
　　[2]李晓强，煤矿井下高低压开关无线测温系统的研究与应用
　　[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版