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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、準確地掌握整流器運行狀況的問題，利用無線測溫技術實現(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備，其運行狀況直接關系著電解鋁的正常生產 。大功率整流器運行中的電流較大 ，當局部溫升較高時，易導致元器件特性劣化 ，或使橋臂過熱保護動作，造成機組跳閘。

大功率整流器一般采用純水冷卻方式 ，純水經集流管道分別進入整流橋臂和整流元件水套循環(huán) ，帶走整流器運行產生的熱量。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成的紐扣繼電器進行監(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)繼電器動作溫度設定為固定值60~65℃ ，不可調，當橋臂溫度達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，相應橋臂上的元器件 運行溫度已升到 80~90℃，基本達到了元器件的溫升 ；(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 無線測溫技術的應用

        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、準確度高 、安全性能好、維護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、串口服務器、無線網(wǎng)橋、交換機、后臺監(jiān)控軟件構成，如圖 1所示。

圖 1 大功率整流器無線測溫系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

        圖1中，溫度傳感器使用自攻螺母固定在測溫點上，其底部伸出的導溫撥片采集橋臂或母線上的溫度。溫度信號由集成在傳感器內的發(fā)射裝置按照直線傳輸方式發(fā)送到現(xiàn)場接收主機 內，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，并通過液晶屏進行現(xiàn)場顯示 。現(xiàn)場接收主機懸掛在距整流器3～lOm 的范圍內，可對各傳感器的溫度報警限值進行單獨設置，并可對同一點進行兩級報警設置，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)。當整流器監(jiān)測點運行溫度達到報警限值時，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行相應的聲光報警。上位機軟件部分主要實現(xiàn)整流器橋臂溫度、閥側母線溫度 、直流正負母線 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)完全解決了前面一節(jié)中提到的問題 ：(1)溫度傳感器底部伸 出的導溫撥片直貼測溫點，測量準確，溫度誤差在0～1℃以內 ；(2)整流器橋臂報警溫度可設置兩級限值 ；(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完全隔離，不破壞整流器絕緣和結構 ；(5)溫度信號采用直線傳輸方式，不會對綜保裝置等電子設備構成干擾 ；(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上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術而設計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。

3.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結構

        Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通信（如圖2），系統(tǒng)設計遵循國際標準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、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(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)結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據(jù)軟件工程的設計規(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)結構圖

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

        查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

        壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(fā)出告警。

■設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，能夠對所有事件發(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)能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權限管理

        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，設置了用戶權限管理功能。

通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

■定值設置

        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，用電排名。

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

■手機APP（可選）

        設備數(shù)據(jù)員面顯示各設備的電參量數(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構圖

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。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任務。(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、閥側母線 、直流正負母線的運行溫度，當監(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致元件結溫過高而發(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 、閥側母線 、直流母線運行溫度數(shù)據(jù)庫， 同時生成相關趨勢曲線圖，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，數(shù)據(jù)顯示具有實時性、 穩(wěn)定性、準確性等優(yōu)點 ，數(shù)據(jù)采集準確率為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)的應用解決了整流器運行存在的安全隱患，填補了國內鋁行業(yè)整流器運行溫度自動監(jiān)測的空白。

參考文獻

[1] 陳改琴.無線測溫技術在大功率整流器上的應用.

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