石化行业防爆型电机无线智能测温系统的科学应用及研究

汪世明   

（中国石油玉门油田炼化总厂办公室   735200  甘肃省酒泉市玉门市老市区）  

摘要：  

数字化制造的方兴未艾，给各行业智能化建设提供无限生机，作为高危严格管控、精益管理提升要求高的石化行业，为持续增强企业竞争力更是趋之若鹜。电动机作为动力提供核心者首当其冲，它的安全可靠运行受到行业内高度重视。本文就防爆型电动机接线柱无线温度检测系统应用及研究予以浅谈，以作抛砖引玉。

关键词：  防爆型电机接线柱  主动性维修  预知性维修  无线测温系统

1. 石化行业电动机管理现状

随着近几年大型石化基地的不断建成投产，行业内竞争日趋白热化，催促着各石化企业不断自我要求改革创新，以取得生存空间。众所周知，石化行业生产过程复杂、流程要求精细，是高危、高附加值行业。安全、环保、质量是它的生命线；长期、连续、优化生产是它的成长线；设备本质安全可靠性是它的保障线。防爆型电动机则是它的“心脏”，为石化生产、调和、储输系统的正常运行持续提供动力。

1.1防爆型电动机的地位

石化企业里无论加工规模大小，还是加工流程长短，都在大量使用着防爆型电动机。处在工艺流程位置的电动机都是采用“开一备一”形式配备的，在关键工艺位置的电机甚至要采用“开一备二”的方式，其供电电源均需采用双回路方式，由此可见其重要性。如何保证电动机长周期运行？无疑越来越受到业界的高度重视。

1.2防爆型电动机的主动维修

随着石化设备质量的不断提升，设备管理能力的不断强化，石化行业的设备大修也由“每年一休”逐步提升为“三年一修”甚或“五年一修”，但是由于防爆型电动机故障，尤其是常见的接线端断路、短路，因其隐蔽性很强、突发性很高，后果非常严重，已成为造成石化企业大面积非计划停工的“罪魁祸首”。应用而生的“抗晃电”技术也只是作为“后手”不得不在连续型生产企业广泛推广使用。为了把风险预判评估挺到事故前面，电动机主动性维修的概念迅速获得推广。企业通常通过制度上强推，要求每年两次的电动机接线开盖检查，通过有计划的排查筛选，每年也能发现一些异常情况，电机故障率有所下降。

1.3防爆型电机的过度检修

防爆型电动机接线柱的维修，通常经过开电机接线盒盖，拆接连接线缆接头，拆装接线柱隔板、仪器检测等工作来完成，对于大型电机来讲，拆装工作量很大，需要耗费大量的人工和体力来完成。对于中小型电机来说，由于防爆电机接线盒内作业空间狭小，频繁拆卸电缆接头部位易造成接线鼻子损坏、电机引线松脱、断线等。维修人员技能水平低、思想麻痹等原因，会造成部件不够紧固、薄弱位置不完好、电动机破坏性耐压试验等过度维修，无疑会给防爆电机的长期可靠运行埋下隐患，是“杜绝非计划停工”要求不能容忍的。

1.4防爆型电机的维修风险

    电动机是由电能来驱动的，它的维修过程涉及断电能量隔离、重物搬移（如大型电机接线盒盖）、防爆密封面损坏、必然存在人员触电、机械伤害、火灾爆炸风险，加之，主泵维修过程中备用机泵的单泵运行发生 “祸不单行”的事故也屡见不鲜。这些风险的存在，为频繁开展防爆型电机开盖检查的管理提高了难度，耗费了大量资源，与当今企业广泛推行的精益化管理要求早已格格不入。电动机预知性维修的需要“破土而出”。

2. 无线测温系统地应用

从防爆型电机实际运行情况来看，电机接线端故障的发生、发展、到故障，从其常见故障形式由松动、断股、过电流断线或绝缘老化破坏、接地、弧光短路，其外在物理量表现形式均为温度持续升高。如何有效监控薄弱点的异常温升？

2.1目前常用电动机测温方式

为了确保防爆型电机的可靠运行，及时发现电机风险点，为主动维修提供科学合理的技术依据，现常采用红外温度计法，即利用红外测温枪、热成像仪等红外测温仪器定期对电动机进行测温，依据环境温度、电机负荷大小来判断电机的风险指数。两者检测范围不同，红外测温枪测量的是以发出红外线与被测物形成的光点为计量温度的，适用于单台设备的局部或定点测温，而热像仪则是以面为单位，立体呈现热像仪视角内温度梯度情况的，适用于设备群、大型设备、面的检测。两者价格也相差较大，热像仪价格通常在红外测温仪价格的数十倍。

2.2常规测温的局限性

通常使用的红外测温设备，在使用过程中对反射率等参数要依据被测物的材质正确选用，否则，测量结果误差会很大，但是，由于石化装置电机因其使用工艺位置的环境不同，其红外线反射率不同，需要长期的经验积累才可准确掌握测量设备参数的设定，确保测量数据有效。由于石化行业防爆性的要求，防爆型测温设备笨重不便于携，且测量数据实时性差，不便于综合性分析，给使用者带来很多“不友好”。如果采用固定安装方式，则需要供给电源、信号远传铺设大量线缆、镜头需要经常擦拭等工作，施工工作量不容小觑。

3．无线测温系统

随着无线射频传输技术的广发应用，测温元件、高能电池、高耐压绝缘材料等的开发使用，无线测温系统在防爆型高、低压电动机接线端处的使用，以成为解决防爆型电动机测温难题的最佳方案。

3.1无线测温系统构架

系统主要由四部分组成：无线温度传感器、智能温度监测仪、监控服务器、监控软件。其中无线温度传感器和智能温度监测仪是系统的终端设备，监控服务器和监控软件是整个系统的核心，负责整个系统的管理、数据记录与处理，并提供多客户端的查询功能。

系统构架图如1所示。

图1 系统构架图

3.2无线测温系统各组件及功能

3.2.1无线温度传感系统

1) 无线温度传感器

无线温度传感器温度探头通过引线引出固定在待测温度点。传感器内部通过电池供电，不需要外接电源。无线温度传感器内部标配有3个温度探头，也可根据用户的要求配1~2个温度探头。

无线温度传感器按照系统设置的时间间隔（时间间隔可根据用户需要调整），每隔一定时间发送一次温度数据；如果温度上升到设定的上限值，不管间隔时间是否到，则自动上传温度值，做到了及时发现，及时处理。传感器具有自检测功能，当电池电量低或传感器故障时自动发送报警信息给智能温度监测仪。

2）无线温度传感器主要技术指标

a.采用进口温度探头，测量精度高，抗干扰能力强。测温的精度±1℃以内，温度分辨率为0.1℃，测温范围-40~+125℃。

b.低功耗设计，采用耐高温锂电池供电。工作时间1~6年（与用户设置的时间间隔和工作环境有关）。

c.每个无线温度传感器具备唯一的地址号，防止互相干扰。

d.使用电压环境10kv及以下。

3.2.2智能温度监测仪系统

1) 智能温度监测仪

智能温度监测仪采用防爆设计，可以实时显示温度数据；现场设定相关参数，具有报警和预报警功能，并可利用总线技术，组网完成集中显示、设定、数据记录等功能。因此可实现无人值班的情况下的实时监测，发现温度过高马上报警，及时处理，防患于未然，保证电机安全运行。

2)智能温度监测仪主要技术指标

a.监测各测温点的温度值并在LCD液晶屏上显示。

b.温度传感器数量用户可自由设置，最多可以设置24个温度传感器。

c.显示各个传感器的状态：探头温度、电池电量、信号强度。

d.报警输出：2个(无源接点)触点容量：3A/250VAC。

监测温度超过预警值，在屏幕上显示该通道预警，并触发无源预警输出。

e.具有RS485通讯接口，MODBUS协议，波特率可选。

f.工作温度：-20℃~+70℃。

3.2.3监控服务器系统

1）监控服务器

监控服务器是本系统的核心硬件平台，由数据服务器和Web服务器组成。数据服务器负责数据采集、存储、处理等业务；Web服务器为客户端提供Web服务。服务器硬件采用机架式服务器，具有运行稳定、功能强大、接口丰富的特点，为设备的扩展预留了充分的空间。

2)监控服务器最低配置要求

a.处理器：至强，四核，主频3.5GHz

b.内存：16G

c.硬盘：2T×2企业级，RAID1模式

d.网卡：双口1Gb自适应网卡，独立千兆管理口

e.接口：4个USB、VGA

3.2.4客户端系统

客户端计算机是用户操作的终端设备，为了提高产品的集成度，选择一体机。品牌计算机最低配置要求如下：

CPU：Intel /AMD 双核，1.6GHz 以上

内存：8G DDR4

硬盘：512G

网卡：Intel 或者RealTek 的100Mbps 以上的网卡

接口：2个USB，1个RJ45

显示屏：24寸，分辨率1920×1080

3.2.5监控软件架构要求

监控软件运行于监控服务器上，软件集成了数据配置，数据采集，数据监控及后台管理、Web服务等功能。监控软件采用Browser/Server (浏览器/服务器)结构，在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现。客户端基本上没有专门的应用程序，应用程序基本上都在服务器端。由于客户端没有程序，应用程序的升级和维护都可以在服务器端完成，升级维护方便。

1）监控软件的功能划分

数据服务器：对智能温度监测仪进行数据采集并记录、同时进行数据分析和处理，还能实时的输出各种报表，如测温点越限告警表，实时数据曲线报表，历史数据趋势报表等，令用户不仅能提前判断测温点温度变化趋势，还能及时反应测温点数值超标状态。一旦温度出现异常情况（温度过高、温度上升过快），立刻发出报警信号，以便管理人员及时采取措施，避免事故发生。

Web服务器：Web服务器的基本功能就是提供Web信息浏览服务。

2）监控软件的运行环境要求

a.服务器软件

b.操作系统：Windows Server 2012

c.数据库：MySQL

3）客户端计算机软件

a.操作系统：Windows XP SP3/Windows7/ Windows8/ Windows10（32位/64位）

b.浏览器：IE10及以上或采用IE核的其它浏览器

3)监控软件功能要求

a.用户管理：具有用户增加、修改、删除、停用/启用、登录等功能。

b.权限管理：不同的用户具有不同的权限，管理员可设置用户的权限。

c.角色管理：具有修改、停用/启用等功能。

d.平台维护：具有数据库备份、系统配置等功能。

e.厂区管理：具有权限区分功能，不同级别的用户可管理的厂区不同，支持新增、修改、删除等功能。

f.设备管理：具有新增、修改、删除、查询等功能。

g.远程设置：可以远程设置设备的相关参数。

h.实时显示数据：以图形、列表等形式详细展示实时数据。

i.历史数据查询：对设备的历史数据进行查询。

j.统计图表：对设备采集到的数据以月度、年度等统计汇总，分析数据。

k.报表导出：将归类查询的数据导出，支持excel和pdf格式。

l.警监控：将报警信息及时推送给用户。

4. 无线测温系统的应用

无线测温系统采用分体式设计，由智能温度监测仪与无线温度传感器（含温度探头）组成，温度传感器安装灵活方便，可适应多种电机的安装。通过防爆认证，适用于防爆要求场合。具有使用无线网络与有线网络相结合的方式，解决数据的远距离传输和大规模组网问题。系统数据采集基于无线网络技术，用于高压带电体温度的实时监测，实现了高压带电体温度的非接触式测量。无线温度传感器能够精确的测量待测点的温度，并通过无线通讯的方式发送给智能温度监测仪，智能温度监测仪对接收到的数据进行处理，当监测点温度超过所设定的温度值，发出报警信号。智能温度监测仪具有RS485通讯接口，可直接与监控数据服务器实时通讯，实现网络化的温度监测和预警。该系统采用“分布控制、集中管理”的架构，系统高效安全。智能温度监测仪实时监测温度数据，当温度超限后及时发出预警信号，现场工作人员可第一时间响应处理。同时数据传输到后台监控数据服务器，方便管理人员统一调度指挥。

5.结束语

无线测温系统通过高压侧测温元件与低压侧接收单元射频通信，彻底实现电气隔离，确保系统安全可靠。该系统在防爆型高、低压电动机接线端的成功应用，提高了电动机预防性检测的实时性、准确性；通过与电机电流、环境温度、海拔、电机拖动负载类型等已有数据库的融合，利用大数据优势，可实现防爆型电机接线端寿命趋势的智能预判，为电动机科学预防性维修提供了强有力的数据支撑，有效解决了防爆型电机薄弱部位预知性维修的瓶颈问题；通过电磁、磁电技术和低功耗电子元件的开发，实现无线测温传感器的自供电和与电机接线柱一体化制造，即可解决测温单元“续航”能力不足的问题，又可节省电机接线盒空间。随着“四新技术”的创新应用，将为石化企业智能化建设持续提供不断的发展动能。

[参考文献]

任元会  工业与民用配电设计手册【A】.电力工程.2005,10(3):25-33

输变电设备故障诊断与事故处理实用手册【A】. 电力工程.2001:64