淺談溫度在線監(jiān)測技術(shù)在油田變電設(shè)備中的應(yīng)用與研究

時間：2021-08-23作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：112

李茫茫

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘要：在變電設(shè)備的運行過程中，故障發(fā)生前都會有明顯的異常溫升特點，如果發(fā)現(xiàn)不及時，就會造成嚴重的事故，因此溫度是變電設(shè)備運行中需要著重監(jiān)測的一個重要參數(shù)。采用溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，將溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測點上，由溫度監(jiān)測裝置向溫度傳感器**詢問指令脈沖并接收測量點溫度數(shù)據(jù)（同時具備溫報警功能），再通過RS485串行通信口與監(jiān)控計算機相連，可實現(xiàn)對電氣設(shè)備各連接點溫度的實時監(jiān)測，使變電運行人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷并采取有效措施。采用該系統(tǒng)對**設(shè)備運行、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；報警
 
0 引言
      由于油田6（10）kV配電線路的供電距離長、設(shè)備元件多、用電負荷大，且大多連續(xù)運行，這決定了對線路進行供電的變電所的電氣設(shè)備在運行中具有負荷重、電流高等特點。在這樣的條件下，當變電設(shè)備發(fā)生連接部位螺絲松動、各部分元件接觸不良等情況時，由于大電流持續(xù)通過設(shè)備溫度會異常升高，使電氣設(shè)備材料性能變差，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并進行維修，就會因設(shè)備過熱焊點熔化造成嚴重的事故。也就是說，高壓設(shè)備在故障發(fā)生的同時會有溫度明顯升高的特征，因此，在高壓設(shè)備的運行過程中對其溫度參數(shù)的監(jiān)測是非常重要的。
 
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)備運行時，如柜體內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)局部放電，會引起導(dǎo)體連接處異常溫升，由于發(fā)熱位置隱蔽，運行人員無法及時發(fā)現(xiàn)。這樣易使故障擴大，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行時，長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出規(guī)定范圍；當導(dǎo)電回路不正常時，會使電氣材料溫度升高出規(guī)定范圍，加速動、靜觸頭的氧化，使接觸電阻變大，這樣又使發(fā)熱溫度進一步增加，而使電氣材料的機械性能、物理性能下降。當溫度過材料的熔點時，將使兩觸頭熔焊，導(dǎo)致斷路器無法實現(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，當手車插頭推入時，如推入時力度不夠或未搖到位，將造成動、靜插頭插入處接觸不良引起過熱，在運行過程中觸頭熔化，會引發(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
      變電所的各個電氣設(shè)備間的連接主要靠螺絲進行壓接，還有與主母線、分支母線進行連接等多種方式。由于受到電壓等級的限制，需要考慮對地距離的要求，以及連接母線的運行，為此加裝絕緣護套并進行了封閉。這樣就使設(shè)備間的連接導(dǎo)線存在架設(shè)距地面高、封閉性強等諸多不利于運行的特點，如果連接處的螺絲檢修不到位或長時間運行，在風力等外界因素以及運行過程中電動力的振動引起螺絲松動、氧化，造成母線連接處因接觸電阻過大而出現(xiàn)接點過熱，會引發(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)測手段
      對于電氣設(shè)備在運行中存在的異常溫升現(xiàn)象，為防止溫升導(dǎo)致事故，在日常運行中，油田變電所大多采用在運行設(shè)備上貼測溫片和紅外測溫儀的方式定時巡視檢測溫度。
 
2.1測溫片
      測溫片的顏色隨被測試點溫度的變化而變化，根據(jù)其顏色即可判斷被測點大致溫度，優(yōu)點是操作簡單，成本低廉；缺點是準確度低、可靠性差（憑個人經(jīng)驗來判斷溫度）。用測溫片測試溫度的方法是將其貼于裸露電氣設(shè)備連接點，監(jiān)測其溫度變化，只有在運行人員巡視設(shè)備時才能發(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更換等問題。
 
2.2紅外測溫儀
      紅外測溫儀屬于非接觸式測溫，優(yōu)點是測量范圍大，準確度較高，可靠性較好；缺點是設(shè)備昂貴，且需大量人力定期巡測，無法實現(xiàn)溫度實時在線監(jiān)測，另外受太陽光的干擾測量誤差大。采用紅外測溫儀對裸露設(shè)備連接點進行測溫時，受測量時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，無法做到實時監(jiān)測，且對封閉開關(guān)柜內(nèi)的接觸點無法進行測溫。
      以上兩種測溫方式都不能及時、準確地掌握電氣設(shè)備運行時各連接點溫度的變化情況，存在局限性。
 
3 溫度在線監(jiān)測技術(shù)
3.1技術(shù)原理
      溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)由溫度傳感器、監(jiān)測裝置以及集中監(jiān)控主機三部分組成。其與被測設(shè)備連接方式見圖1。將溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測點上，一般固定在高壓設(shè)備、母線或?qū)w連接點、斷路器觸頭等位置，當高壓設(shè)備運行時，溫度傳感器自動從高壓設(shè)備上感應(yīng)出微弱的電量，經(jīng)穩(wěn)壓處理后提供給測量和通信設(shè)備；溫度監(jiān)測裝置向溫度傳感器**詢問指令脈沖，溫度傳感器接收后返回測量數(shù)據(jù)，監(jiān)測裝置對數(shù)據(jù)進行解碼計算后得出被測點溫度。如果被測點溫度過預(yù)設(shè)的報警值，閃光燈將發(fā)出溫報警信號；監(jiān)測裝置有RS485串行通信口與監(jiān)控計算機相連進行數(shù)據(jù)傳輸，同時可通過GPRS移動通信網(wǎng)或綜合自動化系統(tǒng)將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳集控中心。
圖1 溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝示意圖
3.2應(yīng)用情況
      某采油廠針對變電所6 kV回路以及負荷較大的進、出線回路安裝溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度傳感器、溫度監(jiān)測裝置（采集終端）及監(jiān)控主機，
      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)觸頭連接點加裝溫度傳感器（圖2），通過溫度監(jiān)測裝置（圖3）對設(shè)備各接點運行溫度進行實時在線監(jiān)測，變電所運行人員從監(jiān)控計算機中的6 kV無線測溫遙測數(shù)據(jù)表中就能很方便查看各接點的運行溫度及其變化情況。目前安裝的監(jiān)測設(shè)備已運行3年，應(yīng)用效果良好，進一步提高了電網(wǎng)管理水平。


圖2 小車開關(guān)動觸頭安裝溫度傳感器             


圖 3 溫度測溫裝置
 
      某采油廠針對變電所主變壓器低壓側(cè)和6 kV注水電動機回路負荷電流大的特點，將溫度傳感器捆綁式安裝在其小車插頭的動觸頭上，將采集到的實時溫度數(shù)據(jù)通過射頻通信（無線傳輸）方式上傳到測溫采集終端，并可采集多組溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，可實時在線監(jiān)測小車柜內(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)備運行可靠數(shù)據(jù)測量準確，應(yīng)用效果良好。
      2014年5月14日，葡一聯(lián)變電所主控室溫報警閃光燈發(fā)出閃光報警，運行值班人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2號注水電動機7112回路溫度監(jiān)測裝置溫報警（圖4）。經(jīng)查由于值班人員操作時小車開關(guān)未搖到位，造成動、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?，溫報警功能可**提醒運行人員注意并發(fā)現(xiàn)缺陷，避免了因過熱造成設(shè)備嚴重故障，對設(shè)備運行具有重要意義。


圖 4 主控室溫報警閃光燈亮
3.3效果分析
      （1）溫度在線監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的實時測量，運行人員根據(jù)設(shè)備運行溫度數(shù)據(jù)，可直觀判定設(shè)備運行是否正常，提高了發(fā)現(xiàn)因溫度過熱造成設(shè)備缺陷的及時性和準確性。
      （2）采集終端（溫度監(jiān)測裝置）接收到的數(shù)據(jù)可與設(shè)定值對比從而實現(xiàn)溫報警等功能，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)測設(shè)備安裝范圍可選擇全部安裝或**擇在大負荷回路安裝，具有選擇性強、靈活方便等優(yōu)點，還可達到節(jié)省投資的目的。
 
3.4應(yīng)用范圍
      溫度在線監(jiān)測技術(shù)不僅可對斷路器動靜觸頭連接點、母線連接點、隔離開關(guān)閘刀觸頭以及其他電氣設(shè)備連接點進行實時在線溫度監(jiān)測，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，應(yīng)用前景非常廣泛。
 
4 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型
      安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當前國內(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，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款無線測溫軟件。
 
4.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通信（如圖5），系統(tǒng)設(shè)計遵循**標準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無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴重故障發(fā)生。
      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。


圖5 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能
■實時監(jiān)測
      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(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）
■運行報表
      查詢各回路設(shè)備運行溫度報表.
■實時報警
      壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，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.彈岀事件報驚窗口.
      b.實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
      C.短信吿警，可以向*手機號碼發(fā)送吿警信息短信（需選配短信貓）.
■歷史告警査詢
      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
■用戶權(quán)限管理
      Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為**系統(tǒng)穩(wěn)定運行，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)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的**。
■定值設(shè)置
      用于修改高溫定值、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)測點位數(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。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
      實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
      接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。
      能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。
      運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
■手機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系列無線測溫終端產(chǎn)品選型
      安科瑞電氣接點無線測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觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖6）。


圖6 電氣接點在線測溫結(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)不同的傳感器型號進行匹配，同時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)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。


 
5 結(jié)束語
      (1)應(yīng)用溫度在線監(jiān)測技術(shù)可從根本上消除全封閉的電氣設(shè)備各接點溫度監(jiān)測盲點，解決以往無法檢測的問題。從本質(zhì)上改變運行人員周期巡視接點溫度的管理模式，提高工作效率，節(jié)約人力、物力資源，經(jīng)濟效益明顯。
      (2)可根據(jù)溫度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)判定電氣設(shè)備運行情況，進而確定檢修周期及檢修項目，給變電所狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。
      (3)溫度在線實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可作為**變電所的設(shè)備運行監(jiān)控的重要節(jié)點數(shù)據(jù)，給變電所的運行監(jiān)控和缺陷收集提供強有力的技術(shù)支持。
      (4)溫度在線實時監(jiān)測可讓變電運行人員及時發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障征兆，提前采取有效措施，這對**設(shè)備運行提高供電可靠性具有重要的意義。
 
【參考文獻】
[1]任春紅.高壓成套開關(guān)設(shè)備的溫度監(jiān)測[J].電氣制造,2009(1)：64-66.
[2]田慶書,姜莉,孟媛.溫度在線監(jiān)測技術(shù)在油田變電設(shè)備中的應(yīng)用.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.
 
作者簡介：
李茫茫，女。任職單位：現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司



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