无线测温技术的大功率整流设备应用

李建勇    滕学超

（包头铝业股份有限公司 动力厂 内蒙古 包头 014046）

【摘  要】  随着国内电解铝系列电流的不断增大，供电整流设备的运行电流也不断增加，一旦发生事故将对电解生产造成巨大影响，如何才能及时发现整流设备的事故隐患，将事故消灭在萌芽状态，一直是一个难题，包头铝业有限公司动力厂通过在供电整流系统安装无线测温预警系统，在一定程度上解决了这个问题，为电解生产提供了强有力的保障。

【关键词】    铝电解  整流器  汇流母线  直流刀  无线测温  

一  概述

据电力系统事故统计表明，90％的事故是由设备电气接点发热引起的。在整流柜内元器件因制作缺陷、压接不紧、元件老化、绝缘材料老化、接触电阻增大、超负荷运行等情况下，其接点等效电阻会增加，从而导致接点温度上升，当接点温度超过允许范围时，一次设备将出现绝缘能力，负载能力，安全系数等指标的下降，甚至发生电力事故，因此在整流柜交直流回路中增加电气接点温度在线监测很有必要。特别是汇流母线铜铝结合处，由于两者材质不同，铜、铝过热后的膨胀系数不一致，一段时间后，引起化学反应，连接部位电阻增大而发热。

大功率硅整流器由于运行电流大， 产生的热量也较大，整流器的运行温度也相应较高，必须借助纯水冷却系统来对整流器内的桥臂和整流元件进行冷却， 纯水冷却系统是保证整流器安全运行的重要设施，衡量纯水冷却系统工作是否正常的主要指标有纯水电阻率、压力和进出口温度等。整流桥臂温度一般设置在50℃左右，由双金属片温度开关进行超温控制。纯水循环冷却系统监控原理及整流桥壁温度控制原理如下图所示。

二  整流柜目前采用温度保护现状

1. 桥臂超温报警保护

整流设备冷却方式一般采用循环水冷的方式，当水中的气体积聚在桥臂内，或桥臂通水孔堵塞，循环水水温过高等，均会造成母线超温，如不能及时发现，会使元件结温过高而损坏；目前在每个桥臂上设置一个双金属片测温元件，桥臂温度在60～65℃时动作，发出跳闸信号。

2. 循环水水温高报警保护

在循环水的总进、出口水管处各设置一个水温传感器，再经温度变送器单元变换为4～20mA信号后送入PLC，当温度达到设定的报警值时，由主控室上位机发出报警信号。在每个整流柜的进、出口水管处各设置一个电接点温度表，当温度达到设定的报警值时，报警接点接通，发出报警信号。

3. 直流刀闸温度高报警保护

   直流刀闸通过电流可达几十千安，且存在铜铝过渡，极易发热，现有设备对这个故障隐患点没有任何监控措施，是一个重大隐患点，改造后，在每个直流刀闸上需安装测温元件，在直流刀闸温度达到60～65℃时报警。

三  现有测温与温度在线监测比较 

1．现有测温缺点 

冷却水水温虽能一定程度上反映二极管元件的温度变化趋势，但无法体现某个具体二极管元件与水冷母排的温度及其变化,无法定位具体异常点；

二极管元件在高温环境下会加速其老化,其个体差异开始突出，迫切需要在线监测各处二极管整流元件的温度及其变化趋势,及时维护更新元件。

双金属片温度开关不够直观,异常出现前无法预测，异常出现后无法分析。

现用的红外点温器巡检,人员工作量大,危险程度高，已无法满足工业自动化的要求。

2．温度在线监测具有以下优点

在线监测各二极管整流元件的温度及其变化趋势,同时可与现有系统中水温、电流、电压等参数作对比分析,帮助维护人员快速准确地制定检修维护方案。

可设置测温点超温报警,预防元件过热引发的相关事故。

自动化程度高,减少传统的红外点温器巡检工作量.另外,可生成各种曲线、报表等信息,帮助相关人员检修、维护、分析。

安装方便,全程采用无线传感与无线通讯技术,不破坏被测设备的结构及性能,避免了现场布线的安全隐患。

方便后期进行测温点数扩展。

四  整流柜温度在线监测技术

1．温度传感技术 

    电量传感技术是采用相关传感器，将现实世界中的电量，非电量如：电流、电压、温度、湿度、振动、气体浓度等状态量转化为电量进行在线监测，达到可视，可分析，可查询的目的；本应用通过将温度值转换为电量进行相关操作。

2．无线传输技术 

    无线传输技术是将现实世界中的各状态量通过无线传输的方式传递至就地显示装置或后台监控系统。

无线传输频率均采用433MHz和2.4GHz的ISM免费频段，小功率，符合工业应用需求，不会影响现场运行设备。

使用无线技术将使设备更安全，监测更简洁、方便。

3．网络系统拓普结构

4．后台系统

测温监控系统对被监测设备的操作主要包括参数设置、温度数据查询、告警以及温度值实时曲线和历史曲线。

主要功能如下：

温度监测   报警功能   故障显示   数据库功能

权限管理   远程通信

测温数据报表能实现自动报表生成功能，便于存档记录，同时也可进行各测温点历史信息查询，温度曲线图直观明了,便于专业技术人员分析,诊断整流柜运行工况。

监控系统界面图示

五  结束语

通过无线测温技术在铝电解整流柜的应用，实现了实时可视化监测整流器桥臂、阀侧母线、直流正负母线和直流开关的运行温度，提高了设备运行的可靠性，避免因桥臂运行温度过高、汇流母线温度过高导致的重大事故的发生。

通过整流器测温数据的无线传输，保证了整流设备的绝缘性能，真正实现了整流设备的温度在线测量，使数据采集具有实时性，提前发现故障隐患，数据准确率100%；温度异常可发出相关报警信息，提供设备维护依据，做到防患于未然，温度异常报警准确率达100%；

整流设备运行温度的无线监测及报警系统采用数据库存储数据的形式存储数据，生成相关温度趋势曲线图和历史曲线图，可任意查看设备现场运行状态与历史记录，供设备管理人员分析，指导设备检修；减少了整流器因桥臂过热直接跳闸的次数，大大地提高整流设备运行可靠性，，减少了人工巡测的劳动强度和不安全因素，为电解系列平稳运行提供了保障。

本在线监测系统的应用能在线监测整流设备关键点的温度数据，提前发现运行隐患，填补了铝行业整流设备运行温度在线实时监测的空白。该技术已获得国家专利。

参考文献

(1) 沈阳铝镁设计研究院电力室，硅整流所电力设计，冶金工业出版社，1983

(2) 张明勋 电力电子设备设计与应用手册（M）北京，机械工业出版社，1990