浅谈无线测温技术在大功率整流器上的应用

摘要：随着整流器运行电流的增加 ，运行温度成为影响整 流器安全运行的主要因素 。针对目前大功率整流器运行温度通过出口水温表和纽扣继电器来监测 ，运行人员不能及时、准确地掌握整流器运行状况的问题，利用无线测温技术实现了整流器运行温度的实时监测，确保整 流器的运行故障能被及时发现，减少了机组故障跳闸的机率。

关键词：大功率 整流器 温度传感器 无线测温 电解铝 桥臂 

1 概况

        整流器是电解铝整流所的主体设备，其运行状况直接关系着电解铝的正常生产 。大功率整流器运行中的电流较大 ，当局部温升较高时，易导致元器件特性劣化 ，或使桥臂过热保护动作，造成机组跳闸。

大功率整流器一般采用纯水冷却方式 ，纯水经集流管道分别进入整流桥臂和整流元件水套循环 ，带走整流器运行产生的热量。整流器的温度监测点为12条水冷母线桥臂和出口水温 ，水冷母线桥臂温度全部采用由双金属片外加高阻绝缘陶瓷构成的纽扣继电器进行监测，出口水温采用电接点温度表监测 (为整流器整体运行温度)，阀侧母线、直流刀闸等重要部位无温度监测。但出口水温表不能监测整流器运行的局部温度，桥臂纽扣继电器测温也存在以下问题 ：(1)测温误差大，为3～5℃；(2)继电器动作温度设定为固定值60~65℃ ，不可调，当桥臂温度达到该动作值后会直接动作于整流器跳闸，造成电解系列电流波动 ；(3)整流桥臂温度值不可监视 ，待桥臂温度上升到测温元件动作值时，相应桥臂上的元器件 运行温度已升到 80~90℃，基本达到了元器件的温升 ；(4)运行人员不能随时观察桥臂 的运行温度并及时处理桥臂过热故障；(5)测温元件的二次引出线及其外接装置降低了整流器的整体绝缘 。 

另一种整流器运行温度监测方式是人工使用红外测温仪进行温度巡检 。但该方式受到时间间隔、测量人员 、测量方法等因素的影响；同时，测量人员距离整流器过近，存在很大的人身安全隐患 。

2 无线测温技术的应用

        大功率整流器安装无线测温系统的主要目的是解决目前大功率整流器桥臂、阀侧母线和直流母线温度监测存在的问题，并提供一种全新、实时在线监测、准确度高 、安全性能好、维护方便的整流器运行温度在线监测方式。该系统主要由无线温度传感器、现场接收主机、串口服务器、无线网桥、交换机、后台监控软件构成，如图 1所示。

图 1 大功率整流器无线测温系统网络拓扑图

        图1中，温度传感器使用自攻螺母固定在测温点上，其底部伸出的导温拨片采集桥臂或母线上的温度。温度信号由集成在传感器内的发射装置按照直线传输方式发送到现场接收主机 内，现场接收主机将接收到的温度数据保存在存储芯片中，并通过液晶屏进行现场显示 。现场接收主机悬挂在距整流器3～lOm 的范围内，可对各传感器的温度限值进行单独设置，并可对同一点进行两级设置，确保运行人员可提前发现故障并采取有效措施排除故 障，以减少整流器故障跳闸次数。当整流器监测点运行温度达到限值时，现场接收主机发出蜂鸣声 ；同时，与其通信的上位机也进行相应的声光。上位机软件部分主要实现整流器桥臂温度、阀侧母线温度 、直流正负母线 温度的实时显示及温度超限，并建立整流器运行温度 监视画面和数据库 ，进一步提高了整流所的综合自动化水平。同时，值班人员在主控室通过工控机可以实时、准确地掌握整流器各部位的温度变化情况 ，很大程度地减低工人的劳动强度。

大功率整流器无线测温系统完*了前面一节中提到的问题 ：(1)温度传感器底部伸 出的导温拨片直贴测温点，测量准确，温度误差在0～1℃以内 ；(2)整流器桥臂温度可设置两级限值 ；(3)实现了整流器桥臂温度实时监测 ；(4)温度信号采用直线式的无线传播方式 ，每个测温点之间以及显示器之间*隔离，不破坏整流器绝缘和结构 ；(5)温度信号采用直线传输方式，不会对综保装置等电子设备构成干扰 ；(6)降低了运行人员的劳 动强度 ，保证其人身安全。

3 安科瑞无线测温系统介绍与选型

        安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的专业的无线测温软件。

3.1 Acrel-2000T无线测温系统结构

        Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图2），系统设计遵循标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。

        Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速响应，预防严重故障发生。

        Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。

图2 Acrel-2000T无线测温系统结构图

3.2 Acrel-2000T无线测温系统功能

■实时监测

        Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息

■温度查询

        温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）

■运行报表

        查询各回路设备运行溫度报表.

■实时

        壁挂式无线测温监控设备具有实时功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。

■设备提供以下凡种告警fang式：

        a.弹岀事件报驚窗口.

        b.实时语音功能，能够对所有事件发出语音告警.

        C.短信吿警，可以向手ji号ma发送吿警信息短信（需选配短xin猫）.

■历史告警査询

        Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。

■用户权限管理

        Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。

通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

■定值设置

        用于修改高温定值、超温定值。

■WEB（可选）

        展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。

实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。

接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。

能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。

运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。

■手机APP（可选）

        设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。

3.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型

        安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图3）。

图3 电气接点在线测温结构图

3.3.1 安科瑞无线温度传感器

        无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。

3.3.2 安科瑞无线收发器

        无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

3.3.3 安科瑞显示终端

        显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

4 结束语

        大功率整流器安装的温度在线监测系统主要完成了以下技术任务。(1)实现了整流器运行温度的可视化管理 ：实时监测整流器桥臂、阀侧母线 、直流正负母线的运行温度，当监 测点温度或温升异常时发出信号。 (2)提高了整流器运行的可靠性：整流器运行温度的 实时可监视提高了运行人员对整流器运行状况的管理水平，避免因桥臂运行温度过高导致元件结温过高而发生击穿事故。(3)实现了整流器良性运行：整流桥臂运行温度的自动监测及系统建立了监测点两级和温升速率功能，确保整流器的运行故障能及时被发现 ，减少了机组故障跳闸的机率。 (4)提高了整流器运行维护的管理水平 ：整流桥臂运行温度的自动监测及系统建立了整流器桥臂 、阀侧母线 、直流母线运行温度数据库， 同时生成相关趋势曲线图，让运维人员能随时掌握整流器运行温度的变化趋势， 为整流器的维护提供了可靠的数据 ，减少了人工巡测的劳动强度和不安全因素。(5)实现了数据采集的无 线传输 ：测温点与现场接收主机之间采用无线数据传输技术，数据显示具有实时性、 稳定性、准确性等优点 ，数据采集准确率为100％，并对整流器的绝缘性能无影响。因此 ，大功率整流器温度在线监测系统的应用解决了整流器运行存在的安全隐患，*国内铝行业整流器运行温度自动监测的空白。

【参考文献】

[1] 陈改琴.无线测温技术在大功率整流器上的应用.

[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.