基于物联网无线测温系统在电厂的应用和研究

0 引言

发电行业是个庞大复杂的工业生产系统，大量使用中低压开关柜、高压电动机、变压器等电气设备，对自动化程度和连续生产的高要求，不仅对其供电可靠性要求越来越高，而且对发电行业系统内关键的配电及高压电动机设备的稳定可靠性也提出了更高的要求。电气设备在长期运行过程中，电气一次模块触点和连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，进而导致接头异常升温甚至引发燃爆事故。电厂电气设备安装密集，电动机也都是各工艺段的关键设备，此类设备损坏及引起的事故可能会引发下游大范围供电线路或重要用电设备突然停电，造成巨大的直接和间接经济损失。

近年来，传感器及物联网技术，设备的在线监测，及大数据分析等技术的快速发展，结合发电行业的特点及需求，新技术的研究与应用对解决此类问题提供了新的方案

。

他撑开一把伞，把愁眉不展的母亲从医院接回来。母亲告诉他，罗素青的后事还没办，家里已经闹得不可开交。她写了遗嘱，出人意外地把遗产全部给了照顾她两年的保姆，没有给她的亲属留一分钱。她的亲人是她带大的一个侄子和两个侄女，现在他们愤怒了，不接受这个事实。

Analysis of organization modes and initiation conditions of a heavy-rain-producing mesoscale convective system

1 关键新技术的研究

针对上述提出的问题，结合温度传感器，Zigbee无线传输，云应用及大数据分析技术现状，提出了多种新技术的解决方案，并结合实际需求提出应用方案。

1.1 温度传感器选择

由于测温传感器分布区域广，数量多，测温系统架构采用以太网作为主要架构，并可使用既有的视频监控系统网络设备，节省成本及极大地降低施工难度。

d：该设备在树状结构中的网络深度；

所以，山东省政府应在金融、财政等方面制定创新制度，着力支持设计、研发、营销、培育品牌等对结构升级优化有重大影响的核心环节，积极推动制造业企业的自主创新。通过持续推进科研经费管理改革和科技成果奖励评价，着重激励、引导创新要素汇聚于企业，加速构建围绕企业、政府、高校、科研单位等技术的创新体系，促使科技研发、经济市场更好地融合和科研成果更好更快地被转化，进而实现科研成果的产业化。

1.2 无线传输技术选用

无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，其中应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信标准有Zigbee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)

。

其中，Zigbee 技术是一种具有低速率、近距离、低功耗、低复杂度、通信可靠、网络容量大等特点的无线通信技术。Zigbee 协议由 IEEE802.15.4任务小组与Zigbee 联盟共同制定，其PHY 层和MAC 层采用 IEEE802.15.4 协议标准，网络层由Zigbee 联盟制定，应用层则允许根据用户的应用需求进行开发。

Zigbee有三个工作频段，本项目采用的无源测温传感器采用2.4 GHz 频段，该频段的数据传输速率最大为250 Kbps，其分为16个信道，目前为全球通用，且免申请免付费。在通信上，采用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式，有效避免了无线电载波间的冲突，并采用密钥长度为128 位的加密算法对数据进行加密，确保了通信数据的安全保密性。并且，Zigbee 设备能耗极低，发射输出为0～3.6 dBm

。

Zigbee 支持星形和网格对等两种网络拓扑结构。实际应用可将两种拓扑结构结合，使用混合型网络结构，簇树状网络结构，其网络示意图如图1 所示。

簇树状网络中，采用分布式地址分配方案来分配网络地址，即为每一个父设备分配一个有限的网络地址段，这些地址在特定网络中是唯一的，并由父设备分配给其自身。对于给定深度的节点，作为父设备所能分配的自区段地址数为Cskip(d)，计算公式为

社会工作者用于给予病人的金钱犹如药物对于医生一样——是治疗中颇具价值的援助措施。如果没有社会工作者来管理金钱和提供其他方式的帮助，或者是没有医生开具的处方药物和提供的其他治疗，单纯是药物或是金钱本身，情况要远比不足够更加糟糕。社会工作者最主要的训练需求是发现、识别、研究和处理问题。

相比其他测温方式，感应供电测温具有测温速度快，周期短，免维护，使用寿命长，故障率低等特点。

C

：父设备拥有子设备数量的最大值；

L

：网络的最大深度；

R

：父设备将路由器作为子设备的最大数。

“工商银行？我听都没听说过，这银行开在什么地方呀。不对，你刚才说一百四十万块钱是我的？我祖坟没冒青烟吧？”徐天水脑子越来越迷糊。

利用Cskip(d)作为偏移，向子设备分配网络地址。父设备为它的第一个子簇头设备分配一个比自己大1 的地址，随后分配给子簇头设备的地址将以Cskip(d)为间隔，以此类推为所有的子簇头分配地址。

1.3 移动互联网与云技术选用

传统的系统监控及运行一般以集中式或者分布式的SCADA 系统应用为主，并在控制室内由操作员及工程师使用。随着移动互联网及智能手机的发展和应用，通过传感器监测到的关键设备的各种实时数据也可以通过无线网络传输到远方云服务器，特别是对于区域广，布线困难的区段，数据的获取将会变得更加方便和容易。其二，传输到云服务器上的数据比起传统专门的服务器存储，成本更低，可靠性更高，供不同用户使用更方便。其三，通过无线网络传输到云服务器的数据，可以通过智能手机的APP显示出来，并通过不同的功能模块定制化实现。其四，根据不同用户的需求和设备使用情况，可以对存储的数据按照既定算法进行数据分析，及早通过数据对比发现异常数据，并给予用户提示或者告警信息，减少及降低设备故障甚至事故的发生。

2 具体应用方案

常见的两台60 MW 或者100 MW 机组的火电厂，一般使用数百台中低压开关柜及使用大量的辅机电动机，对开关柜及高压电动机关键部位进行智能测温改造。经过技术对比，使用无线无源“温度传感器+Zigbee”温度监测系统，准确地采集关键设备及设备关键部位的温度信号，通过智能网关，可以接入既有的光纤通信网络，实现网络及数据共享，通过控制中心的无线测温监测系统，实现温度信号的实时监测，超温部位及设备精准定位，超温报警，保证关键设备寿命及生产连续性，减少及避免潜在事故的风险。并且，依靠云服务及边缘系统的云边协同，实现了测温信号的移动运维，不仅可以通过智能手机监测到关键设备的温度信号，并能在超温时自动发出报警信号，及时推送到具体负责人员的智能手机终端，实现高效的问题处理，极大地降低配电柜设备事故风险，保证供电可靠性、生产连续性及安全生产。初设应用方案的基本架构如图2所示。

——温度接收装置通过Modbus RTU 通信协议将温度信号传输到各个现场的网关。

2.1 无线无源“温度传感器+Zigbee”

经过技术对比，选定Easergy TH110温度传感器，其主要性能参数如表2所示。

TH110 采用Zigbee 节能型通信协议，Easergy TH110确保有可靠和强大的通信能力，可以用来创建共享的操作解决方案。TH110 的图片及在项目应用中的场景如图3所示。

Easergy TH110 自供电基于网络电流，与测量点直接接触可以确保高性能的、准确的温度监测。并且，TH110 非常小巧不占用空间，便于安装调试及后期维护。

建议比较重要的工艺段相关配电室开关柜及高压电动机都安装TH110的温度传感器，包括各类水泵、风机、浆液循环泵、氧化风机等区间

。

2.2 测温系统架构设计

传统的测温方法包括通过热电偶、热电阻、半导体温度传感器等测温，温度传感器与测温仪之间采用金属导线传输温度信号。由于温度传感器直接安装于高压接点、触点上，其传输温度信号的金属导线的绝缘性能无法保证，同时，对于改造类项目，实施难度较大。目前无线测温方法包括感应供电无线测温、CT 取电测温、电池供电无线测温方式及红外在线测温方式。各无线测温技术性能比较如表1所示。

最后，求解Logistic方程。Logistic方程的参数估计一般不运用最小二乘估计，而用极大似然估计。推导过程在此省略，得似然方程：

——现场的各TH110 温度传感器通过Zigbee协议无线传输到温度接收装置。

对投影图像进行处理后，便可以获得轴向离刀具顶端不同位置处刀具的投影宽度。图15为直径2 mm平头铣刀未磨损时不同位置的投影图像宽度，横坐标表示刀具在周向的位置，z表示轴向离刀具顶端的距离。当刀具发生磨损后，其投影图像宽度便会发生变化，将初始状态与磨损状态下的宽度相减，便可获得刀具沿轴向不同位置处的径向磨损量。

2003年，国务院国资委正式成立，开启了国企管理体制和国企改革的新阶段。国资国企管理形成了新的管理体制和制度。中国加入世贸组织，对国有企业特别是央企进军国际市场起到了极大的推动作用；当时的国资委负责人提出，“央企要做到（业内）前3名，做不到前3名，我给你‘找婆家’”。196家央企陆续进行合并，业务进行扩张，出现了多元化浪潮。

《种畜禽管理条例》的废止只是因为当前种畜禽生产经营管理的法律法规逐步完善，且该条例出台较早，部分内容已经与《中华人民共和畜牧法》等上位法相悖，为了推进种畜禽管理，进行了清理。《中华人民共和畜牧法》仍对种畜禽生产经营许可证审核发放工作作出了明确规定。

——网关将协议转换为Modbus TCP 规约，并经现场的以太网交换机，通过光纤通道传输到控制中心的工作站中。

——现场的千里眼服务器也接入通信网络，将各TH110的测温数据上传到云平台，以供智能手机的千里眼APP使用。

2.3 测温监测系统SCADA的设计

测温监测系统SCADA操作员工作站可以置于控制中心内，通过既有网络由现场测温接收装置上传的温度数据。监测工作站可以通过简洁明了的一次系统，清晰地显示各监测点的实时温度数据，及各个区间的具体架构。所有区间测温传感器的历史数据都可以通过SCADA 系统显示出来，便于用户与常规温度数据相比较。当传感器测温数据高于设定的报警值，SCADA 系统会发出报警指示给操作员，并可以定位到具体的设备及安装部位，方便工程师去现场进行查看及风险评估，消除潜在故障的风险

。

2.4 云平台“千里眼”系统的应用

IOT由IT信息技术和OT运营技术深度融合，千里眼APP 系统是物联网IOT 技术的应用体现之一。图4为千里眼APP在其他行业的应用截图。

设计方案中，通过既有电力设备关键部位加装测温传感器，独立测温SCADA 系统及千里眼APP云边端协同应用，实现设备运行数据的进一步透明化，并提高系统管理水平。将电厂内各安装TH110温度传感器的开关柜、变压器及高压电动机关键部位的温度数据进行处理，为配电设备运行状态监视、运行维护作业管理和设备资产管理提供“互联网+”灵活应用方案。而且，千里眼可以提供报警管理，可以根据严重程度区分不同等级的报警，并通过短信通知用户，让用户在第一时间获取报警信息，并可以通过手机APP 确认和记录报警事件，筛选和导出报警信息，形成专门的报告，预防事故及故障的发生。除了智能手机端显示温度型号及提供报警之外，千里眼还可提供资产快查及工单派工的功能，提高用户的运维效率及智能化程度。其他行业的试点应用，监测到了数次设备的异常温度信号，并且及时检修维护，成功避免了重大事故的发生。

3 总结及应用

无线测温系统在发电行业的应用方案，配套管理系统及千里眼APP提供温度异常告警、实时设备温度采集、周期性温度监测及报表、设备状态评估等功能，能减少及避免因温度导致的重大故障的发生。其次，随着技术的发展，其他传感器的应用，从不同角度获得关键设备及系统的数据，从而更客观地进行设备及系统监测，可以作为下步研究工作方向之一。而且，智能化、万物互联等新技术的应用，会对运维人员的能力及习惯提出更高的要求，智能化系统需要进一步提高用户的实际体验，开发更多更贴近用户的功能，比如资产管理，工单处理，故障排除等，得到更多的应用。

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