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，甘肃 玉门 735200）

0 引言

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。其中，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。

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[1]，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 石化行业电动机管理现状

1.1 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”或“五年一修”。但是，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”[2]。应运而生的“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提到事故前面，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，通过有计划地排查筛选，每年也能发现一些异常情况，使电机故障率有所下降。

1.2 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[3]。因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。这些因素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。

1.3 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增加了难度，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。因此，电动机预知性维修的需要“破土而出”。

2 常规防爆型电动机测温方式及局限

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，其常见故障形式有松动、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。

2.1 常规电动机测温方式

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，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，适用于设备群、大型设备、面的检测。两者价格也相差较大，热像仪价格通常为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，不便于携带，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”的体验。如果采用固定安装方式，则需要供给电源，信号远传需铺设大量线缆，镜头需经常擦拭等工作，施工量不容小觑。

3 无线测温系统

随着无线射频传输技术的广泛应用，以及测温元件、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应用，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

无线测温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。系统构架图如图1所示。

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了，则自动上传温度值，做到及时发现，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。

图1 系统构架图Fig.1 System architecture diagram

2）无线温度传感器主要技术指标

① 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℃。

② 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）。

③ 每个无线温度传感器具备唯一的地址号，防止互相干扰。

④ 使用电压环境10kW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

① 监测各测温点的温度值并在LCD液晶屏上显示。

② 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。

③ 显示各个传感器的状态：探头温度、电池电量、信号强度。

④ 报警输出：两个（无源接点）触点容量：3A/250VAC。

图2 无线温度传感器Fig.2 Wireless temperature sensor

图3 智能温度监测仪Fig.3 Intelligent temperature monitor

⑤ 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。

⑥ 具有RS485通讯接口，MODBUS协议，波特率可选。

⑦ 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

① 处理器：至强，四核，主频3.5GHz。

② 内存 ：16G。

③ 硬盘：2T×2企业级，RAID1模式。

④ 网卡：双口1Gb自适应网卡，独立千兆管理口。

⑤ 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：

① CPU：Intel/AMD双核，1.6GHz以上。

② 内存 ：8G DDR4。

③ 硬盘 ：512G。

④ 网卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的网卡。

⑤ 接口：2个USB，1个RJ45。

⑥ 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，还能及时反映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服务器的基本功能是提供Web信息浏览服务。

2）监控软件的运行环境要求

① 服务器软件。

② 操作系统：Windows Server 2012。

③ 数据库：MySQL。

3）客户端计算机软件要求

① 操作系统：Windows XP SP3/Windows7/ Windows8/Windows10（32位/64位）。

② 浏览器：IE10及以上或采用IE核的其它浏览器。

4）监控软件功能要求

① 用户管理：具有用户增加、修改、删除、停用/启用、登录等功能。

② 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。

③ 角色管理：具有修改、停用/启用等功能。

④ 平台维护：具有数据库备份、系统配置等功能。

⑤ 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。

⑥ 设备管理：具有新增、修改、删除、查询等功能。

⑦ 远程设置：可以远程设置设备的相关参数。

⑧ 实时显示数据：以图形、列表等形式详细展示实时数据。

⑨ 历史数据查询：对设备的历史数据进行查询。

⑩ 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。

⑪ 报表导出：将归类查询的数据导出，支持excel和pdf格式。

⑫ 报警监控：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。其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，既可解决测温单元“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。