王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：本文介紹了一種針對(duì)高中壓配電盤無線測(cè)溫與局部放電測(cè)量系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)在中海油秦皇島32-6油田海上平臺(tái)35kV配電盤和10.5kV 配電盤進(jìn)行應(yīng)用，通過母排無線測(cè)溫及局部放電監(jiān)測(cè)等功能，實(shí)現(xiàn)了配電盤內(nèi)母排溫度和盤內(nèi)局部放電狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該技術(shù)能夠代替人工進(jìn)行帶電母排溫度及局部放電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大幅降低人員頻繁檢測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度及電氣安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：海上油田 母排溫度 局部放電 無線監(jiān)測(cè)

0 引言

     海上油田電力系統(tǒng)是海上石油平臺(tái)的動(dòng)力命脈和開發(fā)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，配電盤是重要的環(huán)節(jié)之一。由于配電盤一般為密閉系統(tǒng)，散熱條件差，再加上用電設(shè)備長(zhǎng)期滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致發(fā)熱量過大，熱積累加劇，從而引發(fā)破壞柜內(nèi)設(shè)備絕緣部件短路、火災(zāi)等重大安全生產(chǎn)事故。另外，高、中壓設(shè)備絕緣不佳、安裝缺陷及安全距離等原因，將會(huì)造成局部放電的發(fā)生，隨著局部放電的發(fā)展，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很有可能造成盤柜損毀。相較于陸地電力系統(tǒng)，海上采油平臺(tái)因空間限制，配電系統(tǒng)無法按照陸地電網(wǎng)配電架構(gòu)配置足夠的備用設(shè)備，特別是在35 KV及以下的中低壓系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)周期性的倒閘停電檢查與維護(hù)，因此實(shí)施在線的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)分析就顯得尤為重要。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，可以為配電系統(tǒng)開展計(jì)劃性檢修提供必要的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，從而使得停電檢修更有針對(duì)性，減少非必要的停產(chǎn)對(duì)海上油田穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要。

     該系統(tǒng)在中海油秦皇島32-6油田海上平臺(tái)35 kV 配電盤和10.5 kV 配電盤進(jìn)行應(yīng)用，系統(tǒng)包含了母排無線測(cè)溫及局部放電監(jiān)測(cè)等功能，能夠便捷、有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電盤內(nèi)母排溫度和盤內(nèi)局部放電情況，能夠及時(shí)判斷威脅開關(guān)盤的安全隱患，降低設(shè)備事故率，*大限度避免直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。

1 系統(tǒng)組成與原理簡(jiǎn)介

     安裝在配電盤無線測(cè)溫及局部放電監(jiān)測(cè)裝置主要分為三部分：控制箱、無線測(cè)溫傳感器、局部放電監(jiān)測(cè)傳感器。以本次安裝的中海油海上平臺(tái)為例，總計(jì)在4面35 kV和25面10.5 kV 配電盤母排和電纜進(jìn)出線銅排上各設(shè)置3個(gè)無源無線測(cè)溫傳感器，通過不銹鋼扎帶和螺紋膠固定，防止松脫脫落而造成短路風(fēng)險(xiǎn)；每面 35 kV 和 10.5 kV 配電盤內(nèi)都配有一個(gè)有源無線局部放電傳感器，局部放電傳感器安裝貼柜側(cè)壁板，由柜內(nèi)AC220 轉(zhuǎn) DC12 V 電源模塊供電?？刂葡鋬?nèi)安裝有溫度無線接收模塊，用以接收各盤柜內(nèi)溫度傳 感器傳送的數(shù)據(jù)，控制箱內(nèi)配有PLC模塊，PLC通過對(duì)各模塊尋址讀取各盤柜母排溫度，并通過顯示器進(jìn)行顯示?？刂葡鋬?nèi)裝有無線數(shù)傳電臺(tái)用以接收局部放電傳感器的數(shù)據(jù)，再通過 SIS413 將 RS232 協(xié)議轉(zhuǎn)換為 RS485 協(xié)議，由控制箱內(nèi) PLC 對(duì)局部放電傳感器尋址讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將局部放電相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)警等數(shù)據(jù)在顯示器上進(jìn)行顯示。如下圖 1 所述關(guān)系：

圖 1 線溫度及局部放電測(cè)量系統(tǒng)示意圖

1.1無線測(cè)溫

     無線測(cè)溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一般包括測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集、通信終端和通信管理三個(gè)主要部分構(gòu)成。測(cè)溫?cái)?shù) 據(jù)采集是基于感應(yīng)式原理，通過傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)母排重要部位溫度的測(cè)量。通信終端對(duì)測(cè)溫終端發(fā)出命令，將溫度值等信息傳輸?shù)綗o線通信的主要管理部位。通信終端是其他兩個(gè)部分的進(jìn)行交換的主要機(jī)構(gòu)，能夠通過對(duì)信息的收集再經(jīng)過無線將信息發(fā)送至測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)顯示終端，受到數(shù)據(jù)后再 轉(zhuǎn)發(fā)給通信管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，也保證了數(shù)據(jù)的完整與可靠。

     無線溫度傳感器主要是指放置在各測(cè)溫點(diǎn)的無線信號(hào)發(fā)送、接收裝置和無線溫度測(cè)量裝置，本應(yīng)用的無線測(cè)溫技術(shù)，選擇阿米特 AT-Ⅱ-C5 型無線溫度傳感器。每個(gè)無線傳感器設(shè)置有 ID 編號(hào)，將編號(hào)存入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，測(cè)量溫度范圍設(shè)置為-50℃~125℃。本系統(tǒng)溫度傳感器地址按照16進(jìn)制進(jìn)行編碼，無線測(cè)溫收發(fā)器通過讀取ID來確定當(dāng)前傳感器采集溫度值。傳感器結(jié)構(gòu)、安裝方式如圖 2、3。

圖 2 溫度傳感器

    （1-溫度傳感器主體；2-合金底座，與溫度探頭接出；3- 鎖扣，用于固定合金片；4-取電合金片，用于感應(yīng)取電； 5-配件，用于支撐合金片；6-合金片安裝孔，用于安裝合金片）

圖 3 測(cè)溫傳感器安裝位置（紅圈所示）

圖 4 溫度接收單元及接線端口

     測(cè)溫通信終端在實(shí)際使用過程中主要負(fù)責(zé)接收無線溫度傳感器傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)工作站中。為了提高終端的響應(yīng)速度，通常一個(gè)終端*多管理 100 個(gè)測(cè)溫探頭。溫度在線監(jiān)測(cè)工作站，主要是指一臺(tái)裝有管理終端的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過 RS485 串口或者互聯(lián)網(wǎng)與測(cè)溫通信終端建立連接，實(shí)時(shí)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控比對(duì)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度變化曲線進(jìn)行分析，一旦發(fā)現(xiàn)溫度過熱和急劇升高，立即報(bào)警。

1.2 局放監(jiān)測(cè)

    當(dāng)絕緣材質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)，放電效應(yīng)會(huì)對(duì)周圍材質(zhì)進(jìn)行不斷侵蝕，*終導(dǎo)致整個(gè)絕緣系統(tǒng)的失效，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成威脅。因此了解好局部放電的產(chǎn)生原理和類型，利用合適的檢測(cè)方法對(duì)其檢測(cè)，做好預(yù)防工作，避免發(fā)生嚴(yán)重事故。

局部放電監(jiān)測(cè)主要通過暫態(tài)對(duì)地電壓監(jiān)測(cè)和超聲法監(jiān)測(cè)兩種方式綜合判斷。

1)暫態(tài)地電壓監(jiān)測(cè)原理：

     當(dāng)局部放電活動(dòng)出現(xiàn)在高壓配電盤當(dāng)中時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生無線電頻率范圍內(nèi)的電磁波，它可以通過金屬外殼上的開孔，從配電盤內(nèi)泄漏到外表面。這些開孔可以是外殼或密封墊圈或其它絕緣部件周圍的間隙。

當(dāng)電磁波傳播到配電盤外面時(shí)，它會(huì)在接地的金屬外殼上對(duì)地產(chǎn)生暫態(tài)電壓。暫態(tài)地電壓 (TEV)在幾個(gè)毫伏至幾伏的范圍內(nèi)，存在時(shí)間很短，只有幾個(gè)納秒的上升時(shí)間?？梢栽谂潆姳P正在工作時(shí)，將探頭放在配電盤的表面，采用這種非侵入方式來檢測(cè)局部放電活動(dòng)。

2)超聲法監(jiān)測(cè)原理：

     介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)，其瞬間釋放的能量使分子間產(chǎn)生劇烈碰撞，并在宏觀上形成一種壓力產(chǎn)生超聲波脈沖，此時(shí)局部放電源如同一個(gè)聲源， 向外發(fā)出超聲波。由于放電持續(xù)時(shí)間很短，所以其發(fā)射的聲源頻譜很寬，可以達(dá)到數(shù)百千赫茲， 另外由于超聲波波長(zhǎng)較短，因此它的方向性較強(qiáng)， 從而它的能量較為集中，可以從配電盤縫隙處檢測(cè)到有效的超聲信號(hào)，進(jìn)行對(duì)局部放電的診斷。 利用以上兩個(gè)基本原理制成的監(jiān)測(cè)傳感器，能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖 5 無線數(shù)傳電臺(tái)

     如圖 5 所示，無線數(shù)傳電臺(tái)的主要作用是接收無線局部放電傳感器的數(shù)據(jù)，通過SIS413協(xié)議轉(zhuǎn)換器將 RS232 轉(zhuǎn)換為RS485，然后將數(shù)據(jù)傳給PLC進(jìn)行處理。以下為各端口說明：

    1-SMA 天線接口，外螺內(nèi)孔

    2-模式選擇撥碼開關(guān)

    3-DC 電源接口（5.5*2.1），接 DC8~28V 電 源，（3 和 6 同時(shí)只接一個(gè)）

    4-RS232 接口（RS232 和 RS485 同時(shí)只能 用一個(gè)）

    5-RS485 接口（RS232 和 RS485 同時(shí)只能 用一個(gè)）

    6-DC 電源接口，接 DC8~28V 電源（3 和 6 同時(shí)只能接一個(gè)）

    7-電源指示燈

    8-串口發(fā)送指示燈

    9-串口接收指示燈

    如圖6，控制箱主要功能為數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)警顯示、數(shù)據(jù)顯示等功能?？刂葡鋬?nèi)配置有PLC、無線測(cè)溫收發(fā)器、無線數(shù)傳電臺(tái)等關(guān)鍵器件，PLC 通過對(duì)無線溫度收發(fā)器和無線數(shù)傳電臺(tái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各無線溫度和局部放電傳感器固定的16進(jìn)制地址進(jìn)行尋址讀取，然后由PLC對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。顯示器主要將PLC 處理的結(jié)果進(jìn)行顯示。

圖 6 母排無線測(cè)溫及配電盤局部放電監(jiān)測(cè)控制箱

2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，即時(shí)傳輸，能夠識(shí)別參數(shù)變化趨勢(shì)

    無線測(cè)溫傳感器直接包裹在母排上，保證母排溫度的采集數(shù)據(jù)更加真實(shí)準(zhǔn)確；同時(shí)局部放電監(jiān)測(cè)是通過暫態(tài)對(duì)地電壓監(jiān)測(cè)和超聲法監(jiān)測(cè)兩種方式綜合判斷，并且局部放電探頭放置在盤柜內(nèi)部，相比于之前的局部放電儀外部測(cè)量也更加準(zhǔn)確。此系統(tǒng)將母排溫度和局部放電的數(shù)據(jù)通過無線溫度和局部放電傳感器都傳輸?shù)?PLC 內(nèi)進(jìn)行處理和計(jì)算。顯示器將各母排溫度和盤內(nèi)局部放電即時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警信息、變化曲線情況都清晰的展現(xiàn)出來。

2.2 安全且高效的智能化采集代替人工測(cè)量和檢查

     傳統(tǒng)的熱成像和局部放電測(cè)量，都是要通過熱成像儀和局部放電儀進(jìn)行人工測(cè)量，而且是每個(gè)月才進(jìn)行一次，非常的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且都是在外部，數(shù)據(jù)采集干擾因素很多，數(shù)據(jù)往往不夠貼近現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。熱成像只能通過觀察孔檢測(cè)， 數(shù)據(jù)正確性差，只能通停電并拆開柜門檢修外觀和緊固檢查，不能準(zhǔn)確判斷設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)。通過配電盤無線測(cè)溫及局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度和局部放電實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)也大大的節(jié)省了人力，很大的方便了現(xiàn)場(chǎng)的工作。另外， 通過無線局放實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免人員開蓋檢測(cè)而造成的觸電風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 無線傳輸，保證了高中壓配電盤的完整性和安全性

     對(duì)原配電系統(tǒng)改造升級(jí)后，盤內(nèi)溫度和局部放電傳感器全都采取無線傳輸方式，避免了對(duì)增加的電纜擊穿對(duì)高中盤母排安全運(yùn)行造成安全威脅。另外，無線傳輸，無需對(duì)盤柜開孔，保證了盤柜的防護(hù)等級(jí)和本質(zhì)安全。該系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的隱患，一旦發(fā)現(xiàn)影響設(shè)備正常運(yùn)行的隱患，現(xiàn)場(chǎng)將制定整改計(jì)劃，及時(shí)糾正設(shè)備狀態(tài)，提升高中壓盤安全性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)作為高中壓盤實(shí)時(shí)“體檢醫(yī)生"，可以避免因?yàn)槲床煊X的重大隱患而導(dǎo)致配電盤損壞，從而避免了因生產(chǎn)電力系統(tǒng)故障，給能源企業(yè)造成巨大損失。

3、安科瑞溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

3.1、概述

     電氣接點(diǎn)在線測(cè)溫裝置適用于高低壓開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，防止在運(yùn)行過程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設(shè)備安全保障，及時(shí)、持續(xù)、準(zhǔn)確反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備事故率。

     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)行通訊，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該系統(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。

3.2、應(yīng)用場(chǎng)所

    適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠、化工、水泥、數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、電廠、煤礦等廠礦企業(yè)、變配電所等電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。

3.3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.4、系統(tǒng)功能

    測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝于值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備運(yùn)行溫度狀態(tài)。系統(tǒng)具有以下主要功能：

1）溫度顯示：顯示配電系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)。

2）溫度曲線：查看每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)的溫度趨勢(shì)曲線。

3）運(yùn)行報(bào)表：查詢及打印各測(cè)溫點(diǎn)規(guī)定時(shí)間的溫度數(shù)據(jù)。

4）實(shí)時(shí)告警：系統(tǒng)能夠?qū)Ω鳒y(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時(shí)提醒值班人員。

5）歷史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析等。

3.5、系統(tǒng)硬件配置

      溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測(cè)溫系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部位的溫度在線監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)語

     母排無線測(cè)溫及配電盤局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作 為主動(dòng)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備局部放電及溫度檢測(cè)系統(tǒng)， 其抗干擾能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，同時(shí)能夠提供 多種報(bào)警方式。母排無線測(cè)溫及配電盤局部放電 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的*大優(yōu)勢(shì)在于，能夠全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控 配電盤母排溫度及內(nèi)部局部放電情況，真實(shí)反映 出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生異常情況時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員 可以及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，大幅降低經(jīng)濟(jì)損失及 事故發(fā)生幾率，保證了電氣設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行，具 有較大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，將助力我國海上油田 油氣開發(fā)生產(chǎn)事業(yè)。

參考文獻(xiàn)

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