淺談溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在油田變電設(shè)備中的應(yīng)用與研究
發(fā)布時(shí)間：2021-04-28瀏覽次數(shù)：1082返回列表
李茜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：在變電設(shè)備的運(yùn)行過程中，故障發(fā)生前都會(huì)有明顯的異常溫升特點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，就會(huì)造成嚴(yán)重的事故，因此溫度是變電設(shè)備運(yùn)行中需要著重監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)。采用溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測(cè)點(diǎn)上，由溫度監(jiān)測(cè)裝置向溫度傳感器發(fā)射詢問指令脈沖并接收測(cè)量點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)（同時(shí)具備超溫報(bào)警功能），再通過RS485串行通信口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備各連接點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使變電運(yùn)行人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷并采取有效措施。采用該系統(tǒng)對(duì)保障設(shè)備運(yùn)行、提高供電可靠性具有重要的意義。
關(guān)鍵詞：變電設(shè)備；異常溫升；溫度在線監(jiān)測(cè)；報(bào)警
0 引言
由于油田6（10）kV配電線路的供電距離長(zhǎng)、設(shè)備元件多、用電負(fù)荷大，且大多連續(xù)運(yùn)行，這決定了對(duì)線路進(jìn)行供電的變電所的電氣設(shè)備在運(yùn)行中具有負(fù)荷重、電流高等特點(diǎn)。在這樣的條件下，當(dāng)變電設(shè)備發(fā)生連接部位螺絲松動(dòng)、各部分元件接觸不良等情況時(shí)，由于大電流持續(xù)通過設(shè)備溫度會(huì)異常升高，使電氣設(shè)備材料性能變差，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修，就會(huì)因設(shè)備過熱焊點(diǎn)熔化造成嚴(yán)重的事故。也就是說，高壓設(shè)備在故障發(fā)生的同時(shí)會(huì)有溫度明顯升高的特征，因此，在高壓設(shè)備的運(yùn)行過程中對(duì)其溫度參數(shù)的監(jiān)測(cè)是非常重要的。
1 變電設(shè)備常見的異常溫升
1.1全封閉電氣設(shè)備的異常溫升
近年來，油田變電所逐步推廣全封閉電氣設(shè)備，即將高壓斷路器、隔離開關(guān)、互感器等高壓元件進(jìn)行組合，裝入金屬封閉柜內(nèi)，如GIS組合電器和KYN系列鎧裝高壓開關(guān)柜等。在全封閉電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如柜體內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)局部放電，會(huì)引起導(dǎo)體連接處異常溫升，由于發(fā)熱位置隱蔽，運(yùn)行人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。這樣易使故障擴(kuò)大，致使電氣元件擊穿燒毀且波及相鄰設(shè)備單元，造成惡性停電事故。
1.2高壓斷路器的異常溫升
在高壓斷路器正常運(yùn)行時(shí)，長(zhǎng)期通過的工作電流產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮躘3]，使電氣材料溫度升高但不會(huì)超出規(guī)定范圍；當(dāng)導(dǎo)電回路不正常時(shí)，會(huì)使電氣材料溫度升高超出規(guī)定范圍，加速動(dòng)、靜觸頭的氧化，使接觸電阻變大，這樣又使發(fā)熱溫度進(jìn)一步增加，而使電氣材料的機(jī)械性能、物理性能下降。當(dāng)溫度超過材料的熔點(diǎn)時(shí)，將使兩觸頭熔焊，導(dǎo)致斷路器無法實(shí)現(xiàn)開斷的電氣事故。例如：變電所（開閉所）的金屬鎧裝封閉開關(guān)柜均采用小車式斷路器，當(dāng)手車插頭推入時(shí)，如推入時(shí)力度不夠或未搖到位，將造成動(dòng)、靜插頭插入處接觸不良引起過熱，在運(yùn)行過程中觸頭熔化，會(huì)引發(fā)相間短路，導(dǎo)致開關(guān)整體燒毀的惡性事故。
1.3導(dǎo)體連接處的異常溫升
變電所的各個(gè)電氣設(shè)備間的連接主要靠螺絲進(jìn)行壓接，還有與主母線、分支母線進(jìn)行連接等多種方式。由于受到電壓等級(jí)的限制，需要考慮對(duì)地距離的要求，以及連接母線的運(yùn)行，為此加裝絕緣護(hù)套并進(jìn)行了封閉。這樣就使設(shè)備間的連接導(dǎo)線存在架設(shè)距地面高、封閉性強(qiáng)等諸多不利于運(yùn)行的特點(diǎn)，如果連接處的螺絲檢修不到位或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在風(fēng)力等外界因素以及運(yùn)行過程中電動(dòng)力的振動(dòng)引起螺絲松動(dòng)、氧化，造成母線連接處因接觸電阻過大而出現(xiàn)接點(diǎn)過熱，會(huì)引發(fā)全所或整段母線大面積停電的惡性事故。
2 常規(guī)溫度監(jiān)測(cè)手段
對(duì)于電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的異常溫升現(xiàn)象，為防止溫升導(dǎo)致事故，在日常運(yùn)行中，油田變電所大多采用在運(yùn)行設(shè)備上貼測(cè)溫片和紅外測(cè)溫儀的方式定時(shí)巡視檢測(cè)溫度。
2.1測(cè)溫片
測(cè)溫片的顏色隨被測(cè)試點(diǎn)溫度的變化而變化，根據(jù)其顏色即可判斷被測(cè)點(diǎn)大致溫度，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低廉；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低、可靠性差（憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來判斷溫度）。用測(cè)溫片測(cè)試溫度的方法是將其貼于裸露電氣設(shè)備連接點(diǎn)，監(jiān)測(cè)其溫度變化，只有在運(yùn)行人員巡視設(shè)備時(shí)才能發(fā)現(xiàn)過熱缺陷，存在因設(shè)備較高不便于觀察以及受產(chǎn)品有效期限制需定期調(diào)換等問題。
2.2紅外測(cè)溫儀
紅外測(cè)溫儀屬于非接觸式測(cè)溫，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，準(zhǔn)確度較高，可靠性較好；缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴，且需大量人力定期巡測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，另外受太陽光的干擾測(cè)量誤差大。采用紅外測(cè)溫儀對(duì)裸露設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，受測(cè)量時(shí)間以及通過的電流等因素影響，并不能完全發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且對(duì)封閉開關(guān)柜內(nèi)的接觸點(diǎn)無法進(jìn)行測(cè)溫。
以上兩種測(cè)溫方式都不能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)各連接點(diǎn)溫度的變化情況，存在局限性。
3 溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
3.1技術(shù)原理
溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫度傳感器、監(jiān)測(cè)裝置以及集中監(jiān)控主機(jī)三部分組成。其與被測(cè)設(shè)備連接方式見圖1。將溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測(cè)點(diǎn)上，一般固定在高壓設(shè)備、母線或?qū)w連接點(diǎn)、斷路器觸頭等位置，當(dāng)高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)，溫度傳感器自動(dòng)從高壓設(shè)備上感應(yīng)出微弱的電量，經(jīng)穩(wěn)壓處理后提供給測(cè)量和通信設(shè)備；溫度監(jiān)測(cè)裝置向溫度傳感器發(fā)射詢問指令脈沖，溫度傳感器接收后返回測(cè)量數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)裝置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼計(jì)算后得出被測(cè)點(diǎn)溫度。如果被測(cè)點(diǎn)溫度超過預(yù)設(shè)的報(bào)警值，閃光燈將發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)；監(jiān)測(cè)裝置有RS485串行通信口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可通過GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳集控中心。
圖1 溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖
3.2應(yīng)用情況
某采油廠針對(duì)變電所6 kV回路以及負(fù)荷較大的進(jìn)、出線回路安裝溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器、溫度監(jiān)測(cè)裝置（采集終端）及監(jiān)控主機(jī)，
某采油廠在太南二變電所6 kV所有回路高壓鎧裝封閉開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸頭連接點(diǎn)加裝溫度傳感器（圖2），通過溫度監(jiān)測(cè)裝置（圖3）對(duì)設(shè)備各接點(diǎn)運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，變電所運(yùn)行人員從監(jiān)控計(jì)算機(jī)中的6 kV無線測(cè)溫遙測(cè)數(shù)據(jù)表中就能很方便查看各接點(diǎn)的運(yùn)行溫度及其變化情況。目前安裝的監(jiān)測(cè)設(shè)備已運(yùn)行3年，應(yīng)用效果良好，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)管理水平。
圖2 小車開關(guān)動(dòng)觸頭安裝溫度傳感器
圖 3 溫度測(cè)溫裝置
某采油廠針對(duì)變電所主變壓器低壓側(cè)和6 kV注水電動(dòng)機(jī)回路負(fù)荷電流大的特點(diǎn)，將溫度傳感器捆綁式安裝在其小車插頭的動(dòng)觸頭上，將采集到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)通過射頻通信（無線傳輸）方式上傳到測(cè)溫采集終端，并可采集多組溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)小車柜內(nèi)部開關(guān)觸頭溫度。在葡一聯(lián)、葡二聯(lián)、葡三聯(lián)變電所安裝10套，目前設(shè)備運(yùn)行可靠數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用效果良好。
2014年5月14日，葡一聯(lián)變電所主控室超溫報(bào)警閃光燈發(fā)出閃光報(bào)警，運(yùn)行值班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)注水電動(dòng)機(jī)7112回路溫度監(jiān)測(cè)裝置超溫報(bào)警（圖4）。經(jīng)查由于值班人員操作時(shí)小車開關(guān)未搖到位，造成動(dòng)、靜插頭插入處接觸不良而存在過熱現(xiàn)象，經(jīng)停電處理后恢復(fù)?？梢姡瑴貓?bào)警功能可優(yōu)先提醒運(yùn)行人員注意并發(fā)現(xiàn)缺陷，避免了因過熱造成設(shè)備嚴(yán)重故障，對(duì)設(shè)備運(yùn)行具有重要意義。
圖 4 主控室超溫報(bào)警閃光燈亮
3.3效果分析
（1）溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，運(yùn)行人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)，可直觀判定設(shè)備運(yùn)行是否正常，提高了發(fā)現(xiàn)因溫度過熱造成設(shè)備缺陷的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。
（2）采集終端（溫度監(jiān)測(cè)裝置）接收到的數(shù)據(jù)可與設(shè)定值對(duì)比從而實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警等功能，有效防止因接觸不良等原因?qū)е略O(shè)備過熱事故的發(fā)生
（3）溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝范圍可選擇全部安裝或只選擇在大負(fù)荷回路安裝，具有選擇性強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，還可達(dá)到節(jié)省投資的目的。
3.4應(yīng)用范圍
溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可對(duì)斷路器動(dòng)靜觸頭連接點(diǎn)、母線連接點(diǎn)、隔離開關(guān)閘刀觸頭以及其他電氣設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線溫度監(jiān)測(cè)，還可用于干式變壓器、高壓電纜接頭等電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，應(yīng)用前景非常廣泛。
4 安科瑞無線測(cè)溫系統(tǒng)介紹與選型
安科瑞無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無線測(cè)溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前國(guó)內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的一款無線測(cè)溫軟件。
4.1 Acrel-2000T無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖5），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，可靠性和開放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)表和用戶管理功能。可以監(jiān)控?zé)o線測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
圖5 Acrel-2000T無線測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 Acrel-2000T無線測(cè)溫系統(tǒng)功能
■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息
■溫度查詢
溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）
■運(yùn)行報(bào)表
查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.
■實(shí)時(shí)報(bào)警
壁掛式無線測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
■設(shè)備提供以下凡種告警方式：
a.彈岀事件報(bào)驚窗口.
b.實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
C.短信吿警，可以向特定號(hào)碼發(fā)送吿警信息短信（需選配短信貓）.
■歷史告警査詢
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
Acrel-2000T無線測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。
通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
■定值設(shè)置
用于修改高溫定值、超溫定值。
■WEB（可選）
展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的測(cè)點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測(cè)量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。
能耗統(tǒng)計(jì)頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線，電能環(huán)比，用電排名。
運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■APP（可選）
設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。
4.3 安科瑞ARTM系列無線測(cè)溫終端產(chǎn)品選型
安科瑞電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無線測(cè)溫系統(tǒng)（如圖6）。
圖6 電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫結(jié)構(gòu)圖
4.3.1 安科瑞無線溫度傳感器
無線溫度傳感器共有5種，分別對(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。
4.3.2 安科瑞無線收發(fā)器
無線測(cè)溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。
4.3.3 安科瑞顯示終端
顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。
5 結(jié)束語
(1)應(yīng)用溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可從根本上消除全封閉的電氣設(shè)備各接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)，解決以往無法檢測(cè)的問題。從本質(zhì)上改變運(yùn)行人員周期巡視接點(diǎn)溫度的管理模式，提高工作效率，節(jié)約人力、物力資源，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
(2)可根據(jù)溫度在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定電氣設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)而確定檢修周期及檢修項(xiàng)目，給變電所狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。
(3)溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可作為無人值守變電所的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的重要節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，給變電所的運(yùn)行監(jiān)控和缺陷收集提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
(4)溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可讓變電運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障征兆，提前采取有效措施，這對(duì)保障設(shè)備運(yùn)行提高供電可靠性具有重要的意義。
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作者簡(jiǎn)介：
李茜，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用，Email: 3008713918@qq.com，QQ:3008713918
