趙新平

（陽煤集團技術中心 山西省陽泉市 045000）

1 研究背景

井下變電所是煤礦非常重要的供電設備，設備能否正常運行直接影響煤礦的正常生產(chǎn)及安全運營，因此，很有必要對變電所開關柜運行進行實時的在線監(jiān)測，有利于第一時間發(fā)現(xiàn)設備故障，并及時檢修。

目前煤礦采取的措施是人工巡檢，依靠巡檢人員使用手持式紅外測溫儀對設備溫度進行檢測，不能實現(xiàn)在線監(jiān)測，因此采用的檢修方式為定期檢修更換元件。對于負荷不是特別大的供電設備可以采取這種檢修方式，但對于負荷加大的設備，因異常設備發(fā)熱引起的故障無法及時發(fā)現(xiàn)。井下高低壓開關測溫無線傳輸在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對設備監(jiān)測點的溫度進行實時在線監(jiān)測，實時顯示當前溫度，通過軟件數(shù)據(jù)分析預測觸點的故障趨勢和溫度變化率分析，歷史數(shù)據(jù)保存與分析，異常數(shù)據(jù)保存與分析，當溫度超限時能及時告警，并準確提供電纜、觸點等的故障部位，是實現(xiàn)預期型檢修方式的重要途徑。

2 煤礦井下高低壓開關測溫無線傳輸系統(tǒng)的主要特點

井下高低壓開關測溫無線傳輸系統(tǒng)采用先進的無源PFID 無線射頻技術、PN 數(shù)字溫度傳感技術，其特點是低功耗、接觸式、主動性的測溫無線傳輸傳感器，安裝在被測物體（發(fā)熱部位）的表面，能真實地反映設備的實時溫度。結(jié)合現(xiàn)有通信技術，組成了一個功能強大的井下開關運行狀態(tài)安全預警平臺。

（1）測溫傳感器安裝在井下高電壓、強電磁干擾及高密封的環(huán)境中，要求測溫傳感器具有高絕緣、抗電磁干擾等性能。同時傳感器還應具有低功耗、耐高溫、安裝簡單、使用壽命長等特點。

（2）利用數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的儲存和查詢，通過數(shù)據(jù)采集和趨勢分析進行診斷。能對設備的異常事件自動報警和進行一定的故障預判。

（3）本系統(tǒng)可與配電室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，遠方監(jiān)控中心，安防監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)動操作，構(gòu)建起設備與設備之間的信息聯(lián)絡和共享平臺。

（4）可在高電壓、強電磁及高密封性的環(huán)境下工作，并且不會對其它設備產(chǎn)生干擾。

（5）可以實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，可以全天候24h 無遺漏對溫度數(shù)據(jù)進行實時在線采集。

（6）具有報警功能：超溫報警和同一處A、B、C 三相溫度不平衡報警。超溫報警具有預警和報警兩級標準，且報警時具有聲、光兩種方式。報警限值由用戶設定。

（7）系統(tǒng)界面為一次系統(tǒng)圖上顯示各點溫度，也可列表顯示實時溫度、報警信息。

（8）繪制每個監(jiān)測點溫度的當日實時曲線，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)曲線圖和列表分析。

（9）監(jiān)控中心的監(jiān)控管理軟件支持對歷史數(shù)據(jù)多條件的查詢。（10）測溫數(shù)據(jù)信息可進行遠傳共享。

表1

表2

表3

（11）所有測溫設備安裝不影響開關的正常運行，安裝簡單，只需要在開關內(nèi)取一組電源，無需對原開關進行改動，不影響開關的防爆性能及結(jié)構(gòu)，可有效保證開關整體的可靠與安全性。

3 方案對象

針對陽煤集團一礦井下吳家掌配電室、二中央配電室、丈八三區(qū)配電室、紅簡溝配電室、十四采區(qū)配電室、十三采區(qū)配電室、三區(qū)輔助軌道巷配電室、陽坡堰配電室90 臺高壓配電裝置（540 個點）的溫度情況實現(xiàn)實時在線監(jiān)測預警及高溫點位置預測預報。

3.1 系統(tǒng)工作原理

測溫無線傳輸系統(tǒng)的溫度傳感器和信號轉(zhuǎn)換器安裝在開關內(nèi)部。溫度傳感器安裝在需要測量溫度的位置，如開關動靜觸頭，安裝時根據(jù)安裝位置的不同，采用綁帶、螺絲等固定方式，緊貼被測點表面，使所測溫度與實際溫度相符，通過無線傳輸將所測溫度傳給信號轉(zhuǎn)換器。信號轉(zhuǎn)換器有兩個天線，一個安裝在開關內(nèi)部，另一個經(jīng)過本安處理后安裝在開關外部。信號轉(zhuǎn)換器通過開關內(nèi)的天線，接收無線溫度傳感器的信號，并通過外部的本安天線將信號發(fā)送給測溫主機。

測溫主機安裝在井下配電室（點）或其它需要測溫的開關附近。測溫主機通過無線接收信號轉(zhuǎn)換器傳回的溫度信號。主機可用來管理所有信號轉(zhuǎn)換器及溫度傳感器，顯示本機管理的所有溫度信號，當有溫度超過報警值后會發(fā)出警報信號，提示工作人員。測溫主機可通過RS485 或以太網(wǎng)與測溫工作站通信。通過以太網(wǎng)通信時，可支持網(wǎng)線和光纜兩種傳輸方式。通信時可通過井下環(huán)網(wǎng)將各測點的溫度綁定發(fā)送到地面測溫系統(tǒng)后臺，即測溫工作站。

測溫工作站安裝在井上調(diào)度室，可用來管理所有的測溫主機、信號轉(zhuǎn)換器、無線溫度傳感器，具有溫度曲線、歷史記錄、超溫報警等功能。

3.2 系統(tǒng)組成

基于煤礦井下高低壓開關無線測溫系統(tǒng)包括:無線溫度傳感器、信號轉(zhuǎn)發(fā)器、測溫主機、測溫工作站（后臺集控中心）組成。如圖1所示。

3.2.1 無線溫度傳感器

在井下開關內(nèi)部每一個需要監(jiān)測溫度的節(jié)點上安裝一個無線溫度傳感器，該傳感器每隔設定時間自動測量所在位置的溫度，并將測得的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給信號轉(zhuǎn)發(fā)器。如表1所示。

3.2.2 信號轉(zhuǎn)發(fā)器

信號轉(zhuǎn)發(fā)器安裝在開關內(nèi)部，主要用來自動接收開關內(nèi)部無線溫度傳感器的溫度信號，將接收到的開關內(nèi)所有溫度傳感器的溫度信號統(tǒng)一編碼打包后，發(fā)送給測溫主機。

信號轉(zhuǎn)發(fā)器配有兩個天線，一個安裝在開關內(nèi)部，一個安裝在開關外部，分別用來接收和發(fā)送溫度信號。如表2所示。

3.2.3 溫度測量主機

溫度測量主機安裝在井下配電室或配電點，用來接收和管理本配電室內(nèi)信號轉(zhuǎn)發(fā)器及無線溫度傳感器。可發(fā)出的溫度異常報警，以及查詢、統(tǒng)計本主機管理的所有數(shù)據(jù)。如表3所示。

4 工業(yè)應用效果

4.1 安裝方法

根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，也為了便于開關柜的后期維護，我們考慮將傳感器的安裝設計成可拆卸式的方法。用環(huán)氧樹脂膠將傳感器緊密粘貼于動觸頭表面上。此方法既能準確測出負載相的實時溫度，也利于后期檢修設備時而不損壞傳感器。具體安裝位置如圖2。

4.2 試驗溫度監(jiān)測系統(tǒng)界面

如 圖3所示。

圖1

圖2

圖3：二中央配電室

5 達到效果

煤礦井下高低壓開關測溫無線傳輸系統(tǒng)應用于煤礦開關柜內(nèi)溫度監(jiān)測，可以減少勞動量，提高工作效率，消除了人員檢測數(shù)據(jù)誤差，數(shù)據(jù)更準確，實時性更好。通過無線傳感器對監(jiān)測部位實施在線測溫，實現(xiàn)監(jiān)測溫度及傳輸數(shù)據(jù)完全無源化。通過對重要設備的關鍵部位進行實時監(jiān)測，有利于第一時間發(fā)現(xiàn)設備的故障點，并及時檢修，對實現(xiàn)無人值守化智能礦井提供技術支持。

該項目是解決煤礦井下高壓開關柜溫度監(jiān)測的最佳手段，作為新一代煤礦安全檢測技術，方便實現(xiàn)實時在線遠程檢測，分析關鍵部位的溫度動態(tài)變化趨勢。對保障企業(yè)安全生產(chǎn)，穩(wěn)定運行具有重要意義，具有廣泛的應用前景。