張偉峰

煉鋼廠在運行的設(shè)備涉及到大量數(shù)據(jù)參數(shù)，其中溫度表征為其中一個重要數(shù)據(jù)，為滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，使用大型設(shè)備，這些設(shè)備通常有多個連接部位，受外部環(huán)境的影響，如環(huán)境污染、長時間運行、氣溫環(huán)境變化、煉鋼加工工藝、觸點氧化等。企業(yè)電力設(shè)備有電流通過，其溫度快速上升易導致設(shè)備出現(xiàn)故障如絕緣失效，還可能產(chǎn)生更嚴重的后果如燒壞設(shè)備、電弧短路，若設(shè)備損壞程度較大，其使用年限會大幅度降低，甚至容易引起一次設(shè)備起火爆炸，尤其是活動刀閘的動、靜觸頭部分，這些都時時刻刻威脅電力設(shè)備的安全運行。在電氣設(shè)備上工作，應落實工作票制度、工作交底制度、工作許可制度、工作監(jiān)護制度、工作間斷和工作轉(zhuǎn)移制度、工作終結(jié)和送電制度等保證安全的組織措施，以及停電、驗電、裝設(shè)接地線、懸掛標示牌和裝設(shè)遮欄等。

1 項目概況

智能無線測溫系統(tǒng)采用了微機電技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適用于高壓輸電、變電、用電的眾多場所，例如高低壓開關(guān)柜、變壓器等高低壓設(shè)備的觸頭、母排、電纜等電接點的溫度監(jiān)測。利用無線技術(shù)解決環(huán)境條件差、人員不可達、不具備有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)葐栴}。在數(shù)字信號處理技術(shù)與微電子技術(shù)快速發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應運而生，在煉鋼廠生產(chǎn)及機械設(shè)備運行過程中，作業(yè)現(xiàn)場的電壓、電流、濕度、流量、溫度、壓力等參數(shù)可以采用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行控制，在將這些模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并進行相應的計算處理后，所得到的結(jié)果可以通過網(wǎng)站、手機客戶端等形式反饋給工作人員。目前，數(shù)據(jù)采集幾乎無孔不入，已經(jīng)滲透到各大行業(yè)，為更好獲取信息提供良好的基礎(chǔ)。根據(jù)之前鋼廠電纜著火事故直接導致系統(tǒng)停產(chǎn)情況，對本維護范圍區(qū)域進行電纜運行情況分析，經(jīng)過詳細的檢查、判斷和分析，最終分析發(fā)現(xiàn)本區(qū)域之前出現(xiàn)過天車滑線接地，造成變壓器中性點偏移導致接地電流增大、監(jiān)測參數(shù)不明顯、干擾量因素較多，考慮到設(shè)備投入等經(jīng)濟因素，并沒有普遍應用，但是也不缺乏電纜在線監(jiān)測研究案例；電力電纜的使用量逐年增加。運行環(huán)境復雜，且運行方式獨特，造成故障點查找困難、檢測與修復時間更長等問題。因此希望在故障發(fā)生之前能夠給出報警信息，提前采取處理措施消除故障隱患，避免永久故障發(fā)生時造成的突發(fā)停電和因電纜短路造成的火災等事故。在早期發(fā)現(xiàn)高壓電纜故障問題，盡早解決，避免事故擴大化。近幾年高壓電纜出現(xiàn)過兩次重大的著火事故，一次是2009年能源中心2#變電站高壓電纜著火事故，另一次是2012年100t轉(zhuǎn)爐高壓電纜著火事故，兩次事故直接經(jīng)濟損失至少1000萬元，間接經(jīng)濟損失無法估量。

對兩次事故進行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，加設(shè)監(jiān)控在高壓電纜屏蔽層十分必要，在實踐應用中最好將全部的三相高壓供配電系統(tǒng)增設(shè)高壓電纜屏蔽層監(jiān)控，更利于工作人員發(fā)現(xiàn)問題，采取有效措施，防止事故發(fā)生。

根據(jù)高壓供配電系統(tǒng)的設(shè)計要求，零序電流監(jiān)控、保護必須安裝在三相四線制系統(tǒng)內(nèi)部，零序電流只應用于三相四線制的電路中，但在實際應用的高壓供配電系統(tǒng)中存在很多三相電路，往往我們會忽視對這一部分電路中外部原因造成的漏電電流及系統(tǒng)本身不平衡電流的監(jiān)控。這兩種電流較小時對電纜不會產(chǎn)生大的危害，一旦超過一定的數(shù)值，將會對整條高壓電纜產(chǎn)生破壞性的影響，燃燒后將會引燃附近的高壓電纜，對于整個供配電系統(tǒng)都是一個不小的危害。

此項工作可有效地對高壓電纜屏蔽層中的電流進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，可大大減小此類事故發(fā)生后的經(jīng)濟損失。

2 詳細科學技術(shù)內(nèi)容

研究的理論依據(jù)：

通過無線傳感器采集現(xiàn)場設(shè)備溫度、電壓等實時數(shù)據(jù)，通過RS485傳輸?shù)酱诜?wù)器，通過網(wǎng)閘，采集串口服務(wù)器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)平臺，根據(jù)客戶需求，制作網(wǎng)頁，實時展示現(xiàn)場設(shè)備溫度情況，并生成數(shù)據(jù)報表。

無線溫度傳感器可用于測量高壓帶電物體表面或接點處的溫度，如高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點、母線連接處、戶外刀閘以及變壓器等的運行溫度。無線測溫傳感器由鋰電池、MCU、溫度傳感器、Lora模塊四部分組成，具有超強的空間傳輸能力。無線測溫傳感器安裝在高、低壓柜及變壓器等設(shè)備上，實時測量被測部位的溫度，并把溫度數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞絺魉徒o現(xiàn)場監(jiān)控主機，監(jiān)控主機可以接收多個無線傳感器的數(shù)據(jù)，并進行實時的動態(tài)顯示及報警處理。

無線溫度傳感器采用433MHz通信頻率傳輸，最大通信距離可達200m，測溫范圍-20℃～125℃，測溫分辨率0.1℃，測溫精度±1℃，在采樣時間1min，發(fā)送間隔10min的情況下，其內(nèi)置電池可使用3年。當無線溫度傳感器采集溫度相差2℃或采集溫度達到設(shè)定預警值時會馬上發(fā)送，不受10min發(fā)送間隔影響。

研究的目標：

對煉鋼廠電力設(shè)備進行在線監(jiān)測，并借助各種先進的計算方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障隱患，采取預防措施，實現(xiàn)科學的設(shè)備故障診斷和狀態(tài)檢修，對電力系統(tǒng)運行的可靠性、安全性具有重要意義。隨著在線監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，以及在線監(jiān)測技術(shù)近年來在我國電力系統(tǒng)的成功應用，狀態(tài)檢修替代定期檢修已被電力系統(tǒng)所接受和認同，成為設(shè)備檢修的必然趨勢。

研究的主要內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)采集層：數(shù)據(jù)采集層分別采集現(xiàn)場無線測溫數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及位置數(shù)據(jù)。傳感器通過串口服務(wù)器匯總到一起，匯聚到數(shù)據(jù)處理層的實時數(shù)據(jù)庫；各級數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)采集。

（2）數(shù)據(jù)處理層：數(shù)據(jù)處理層主要負責對提取上來的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理和存儲，為系統(tǒng)程序的開發(fā)提供基礎(chǔ)信息。對歷史數(shù)據(jù)進行處理，滿足監(jiān)控需求，同時可以根據(jù)信息展示要求頻率，更新速度≤2s。

（3）數(shù)據(jù)展示層：數(shù)據(jù)展示層主要負責對現(xiàn)場設(shè)備中提取的重要參數(shù)信息按照用戶要求進行系統(tǒng)頁面開發(fā)最終展現(xiàn)給用戶。其中系統(tǒng)展示層所具備的功能大致劃分為：設(shè)備狀態(tài)、報警功能、歷史數(shù)據(jù)報表、手機APP數(shù)據(jù)顯示等。

研究的方法和步驟：

（1）測溫主機是一款集溫度傳感器工作狀態(tài)監(jiān)測、現(xiàn)場溫度顯示、溫度預警和報警提示、報警事件記錄等功能于一體的現(xiàn)場溫度監(jiān)測儀，并可在主機側(cè)修改現(xiàn)場無線溫度傳感器的各項參數(shù)（采樣時間、發(fā)送時間、溫度預警報警上下限等）。測溫主機能夠管理最多81個無線傳感器，具備RS485接口與上位機進行通信，采用Modbus標準協(xié)議傳輸傳感器溫度、電壓的數(shù)據(jù)。

（2）串口服務(wù)器的作用是將RS485通信轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)通信，通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸，突破RS485通信距離最遠1200米的限制，接入公司網(wǎng)絡(luò)。

（3）系統(tǒng)通過對生產(chǎn)過程中主要工序的溫度數(shù)據(jù)進行采集，將現(xiàn)場設(shè)備的實時溫度畫面展現(xiàn)給維護人員，滿足日常設(shè)備點檢的管理需求，提高工作效率，降低勞動強度。

系統(tǒng)平臺主要對現(xiàn)場的溫度、電壓2個參數(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時顯示，完成數(shù)據(jù)自動采集、報警提示，趨勢展示，從而實現(xiàn)信息化管理。

系統(tǒng)包含測溫實時數(shù)據(jù)展示、報警信息提示、歷史趨勢顯示等部分。

①實時數(shù)據(jù)展示：展示現(xiàn)場無線測溫傳感器運行狀態(tài)、顯示溫度、電壓2個主要參數(shù)實時數(shù)據(jù)。②報警信息提示：對于溫度、電壓超過上限，系統(tǒng)按時間順序?qū)缶畔⑦M行提示。③歷史趨勢顯示：按小時統(tǒng)計現(xiàn)場無線測溫傳感器溫度參數(shù)數(shù)據(jù)，以圖表的形式統(tǒng)計顯示。

（4）手機APP及微信。利用手機APP實時顯示溫度信息，讓煉鋼廠工作人員無論在辦公室還是現(xiàn)場，都能及時接收到設(shè)備溫度情況，使維護更加及時高效，方便對設(shè)備的維護和管理工作。

SVC系統(tǒng)無人值班室監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩個監(jiān)控區(qū)域，分別為1780值班室監(jiān)控、150t外圍組監(jiān)控兩個區(qū)域，總計19個視頻監(jiān)控點。包括150t1#LF爐2個，150t2#LF爐2個，1780 SVC 7個；150t外圍組監(jiān)控總計4個監(jiān)控點，包括150tSVC系統(tǒng)4個。

本著經(jīng)濟、合理、易維護的原則，對SVC系統(tǒng)無人值班室監(jiān)控系統(tǒng)采用光、電混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。前端采用網(wǎng)絡(luò)攝像機，在各值班室采用NVR分散存儲的模式，分別在各區(qū)域值班室安裝視頻交換機、NVR搭建局域網(wǎng)絡(luò)，距離視頻交換機較遠的攝像機利用光纜傳輸，通過光纖收發(fā)器傳輸?shù)街蛋嗍乙曨l交換機；距離交換機近的攝像機（不超過100m）直接用網(wǎng)線將視頻信號接入到就近的視頻交換機，利用NVR進行視頻存儲及顯示。

1780區(qū)域：在1780值班室安裝NVR及交換機，在150t主控安裝交換機一臺進行級聯(lián)，1#、2#精煉變壓、高壓室視頻信號用光纖收發(fā)器傳至150t主控交換機。

150t外圍區(qū)域：在150t外圍值班室安裝NVR及交換機，所有視頻信號直接用網(wǎng)線進交換機。在35KV單芯電纜供電回路中，電纜屏蔽層無論是單端接地還是雙端接地還是一端接地一端接保護器，必定有一個接地點，當線路發(fā)生接地故障時，故障點電流一部分流經(jīng)屏蔽層接地點構(gòu)成回路。本方案通過在屏蔽層接地處加裝一零序電流互感器檢測屏蔽層中工頻容性電流幅值的變化，作為接地故障判斷依據(jù)，同時結(jié)合PLC編程技術(shù)，在CPU中存儲邏輯判斷程序，當系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，通過人機界面顯示接地回路提醒運行人員及時采取應對措施，快速判斷并切除故障回路。關(guān)于150t10KV電纜頭在線監(jiān)控實施，利用屏蔽層電流檢測手段結(jié)合成熟的PLC技術(shù)針對150t外圍高壓電纜實施在線監(jiān)控，該方案主要涉及三個區(qū)域，包括150t轉(zhuǎn)爐變壓器區(qū)域、150t連鑄變壓器區(qū)域以及150t一次除塵區(qū)域。每條回路均采用兩端檢測方式，即電源側(cè)和設(shè)備側(cè)電纜頭屏蔽層引出線分別加裝采樣電流互感器，遠端設(shè)備側(cè)通過設(shè)置遠程站利用光纖將電流數(shù)據(jù)傳輸至150t高壓室總站。該方案的實施能夠及時有效地發(fā)現(xiàn)電纜隱患，發(fā)出預警，通知運行人員采取應對措施，從而提前避免電氣事故的發(fā)生。

3 研究的主要過程

（1）確定測量設(shè)備，以及測量點位置。

（2）收集設(shè)備運行信息，了解設(shè)備運行中頻繁出現(xiàn)的故障點。

（3）根據(jù)用戶需求，設(shè)定溫度、電壓、電流等數(shù)據(jù)的預警、報警值，當數(shù)據(jù)有較大波動時及時報警。變配電室設(shè)備巡視檢查、變配電室倒閘操作、變配電室配電裝置的清掃檢查及預防性試驗、變配電室高壓配電裝置的異常運行及事故處理，應遵守企業(yè)制定的運行管理制度。

（4）開發(fā)數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，記錄報警數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)波動較大的時間、變量等重要信息記錄在案，用戶可以根據(jù)時間、地點查詢，方便用戶掌握設(shè)備運行規(guī)律，加強設(shè)備的預報警功能，提高設(shè)備運行穩(wěn)定性。

（5）開發(fā)手機客戶端，用戶可以通過手機端監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，當有設(shè)備報警時，客戶端為用戶推送報警信息。

4 實施布控

將150t所有10KV的高壓電纜屏蔽層完成監(jiān)控的安裝，因150t10KV高壓電纜全部為三芯電纜，三芯電纜幾乎全部采用雙端接地，此次監(jiān)控高壓電纜兩端屏蔽層電流，為節(jié)省費用，電流互感器使用武漢科信和電子有限公司生產(chǎn)的KXT10-50A（孔徑22mm）電流互感器，該種電流互感器可直接輸出DC4-20mA信號，每個監(jiān)測點可節(jié)省資金900元左右。監(jiān)控需要在150t轉(zhuǎn)爐變壓器室、150t連鑄變壓器室、150t綜合除塵配電室設(shè)置三個遠程站，遠程站之間使用光纖收發(fā)器通訊。分層展示方式顯示所有信息數(shù)據(jù)，用戶可以根據(jù)原始信息，在自己權(quán)限范圍內(nèi)查詢到不同層級的相關(guān)內(nèi)容，系統(tǒng)采用信息與圖示相互結(jié)合的展現(xiàn)方式，能夠更加直觀地顯示相關(guān)信息的統(tǒng)計結(jié)果。將高壓電纜屏蔽層一端接地，在高壓電纜屏蔽層接地端加裝一臺50：5的電流互感器，電流互感器輸出的AC0-5A信號進入電流轉(zhuǎn)換器，電流轉(zhuǎn)換器輸出的DC4-20mA信號進入PLC模擬量輸入模塊，通過西門子S7編程軟件編制監(jiān)控、報警程序，使用INTOCH軟件制作畫面監(jiān)控、畫面報警，同時通過編制程序和安裝聲光報警器實現(xiàn)聲音報警。

因1780系統(tǒng)35KV高壓電纜、150t系統(tǒng)35KV高壓電纜、120t系統(tǒng)35KV高壓電纜監(jiān)控畫面和編制的程序基本一致，因此只列出150tSVC系統(tǒng)35KV高壓電纜屏蔽層電流監(jiān)控的畫面和程序。

關(guān)于150t10KV電纜頭在線監(jiān)控實施，利用屏蔽層電流檢測手段結(jié)合成熟的PLC技術(shù)針對150t外圍高壓電纜實施在線監(jiān)控，該方案主要涉及三個區(qū)域，包括150t轉(zhuǎn)爐變壓器區(qū)域、150t連鑄變壓器區(qū)域以及150t一次除塵區(qū)域。每條回路均采用兩端檢測方式，即電源側(cè)和設(shè)備側(cè)電纜頭屏蔽層引出線分別加裝采樣電流互感器，遠端設(shè)備側(cè)通過設(shè)置遠程站利用光纖將電流數(shù)據(jù)傳輸至150t高壓室總站。該方案的實施能夠及時有效的發(fā)現(xiàn)電纜隱患，發(fā)出預警，通知運行人員采取應對措施，從而提前避免電氣事故的發(fā)生。

采用Microsoft Expression Blend設(shè)計實現(xiàn)設(shè)備的動態(tài)顯示，用Highcharts圖形實現(xiàn)靜態(tài)信息的展示，無需插件，動靜結(jié)合的展現(xiàn)效果，令效果更加多樣性，同時也滿足不同用戶的多種需求。

系統(tǒng)采用實時數(shù)據(jù)庫，基于SQL SERVER數(shù)據(jù)庫操作原理，操作簡單，維護快捷。同時數(shù)據(jù)存儲方式可以滿足現(xiàn)有市場所有工業(yè)企業(yè)對于數(shù)據(jù)信息的監(jiān)控要求。數(shù)據(jù)采集分為三級架構(gòu)，充分考慮數(shù)據(jù)量增多時系統(tǒng)的穩(wěn)定性與及時性。

數(shù)據(jù)傳輸全部采用TCP/IP的通訊協(xié)議，傳輸穩(wěn)定，同時基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集使用數(shù)采模塊，可以毫秒級的采集和傳輸，而且數(shù)采模塊本身具備數(shù)據(jù)存儲功能，在現(xiàn)場出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常等特殊情況下，數(shù)據(jù)信息會自動轉(zhuǎn)存到本地存儲卡中，在網(wǎng)絡(luò)問題解決后會自動上傳到數(shù)據(jù)庫中，不會影響數(shù)據(jù)的連續(xù)性，也可以避免因數(shù)據(jù)丟失而帶來的不便。

系統(tǒng)將采集數(shù)據(jù)進行處理后，在展示層進行實時刷新顯示，確保與現(xiàn)場動作保持一致，及時發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)出報警及時處理。

5 結(jié)語

根據(jù)電機的運行特點，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)適用于測量電機振動，監(jiān)控徑向、軸向和扭轉(zhuǎn)三個方向速度、位移、加速度的無線測振系統(tǒng)，為電機故障診斷提供依據(jù)，打造基于物聯(lián)平臺的系列產(chǎn)品。

利用手機APP實時顯示溫度信息，讓煉鋼廠工作人員可以及時接收到設(shè)備溫度情況，設(shè)備維護可以更加高效，方便對設(shè)備的維護和管理工作。

通過借助移動互聯(lián)技術(shù)和微信平臺，采用快捷的方式與微信無縫融合，解決了建設(shè)成本高、安裝難、使用不便等問題，只需關(guān)注企業(yè)微信號即可接收到設(shè)備異常狀態(tài)的報警信息。課題研究存在的主要問題及今后的設(shè)想如下：

（1）系統(tǒng)運行時，設(shè)備報警應區(qū)分報警等級，重點劃分設(shè)備掉線報警、溫度高報警等報警信息。

（2）進一步挖掘數(shù)據(jù)中的邏輯關(guān)系，歷年數(shù)據(jù)進行分析，按照月份劃分，制作智能預警功能。