摘 要：本文介紹了一種針對高中壓配電盤(pán)無(wú)線(xiàn)測溫與局部放電測量系統，利用該系統在中海油秦皇島32-6油田海上平臺35kV配電盤(pán)和10.5kV 配電盤(pán)進(jìn)行應用，通過(guò)母排無(wú)線(xiàn)測溫及局部放電監測等功能，實(shí)現了配電盤(pán)內母排溫度和盤(pán)內局部放電狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測，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)監測，大幅降低人員頻繁檢測的勞動(dòng)強度及電氣安全風(fēng)險。
關(guān)鍵詞：海上油田 母排溫度 局部放電 無(wú)線(xiàn)監測
0 引言
海上油田電力系統是海上石油平臺的動(dòng)力命脈和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的基礎，在整個(gè)供配電系統中，配電盤(pán)是重要的環(huán)節之一。由于配電盤(pán)一般為密閉系統，散熱條件差，再加上用電設備長(cháng)期滿(mǎn)負荷甚至超負荷運行，導致發(fā)熱量過(guò)大，熱積累加劇，從而引發(fā)破壞柜內設備絕緣部件短路、火災等重大安全生產(chǎn)事故。另外，高、中壓設備絕緣不佳、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(zhù)局部放電的發(fā)展，如不及時(shí)發(fā)現，很有可能造成盤(pán)柜損毀。相較于陸地電力系統，海上采油平臺因空間限制，配電系統無(wú)法按照陸地電網(wǎng)配電架構配置足夠的備用設備，特別是在35 KV及以下的中低壓系統，無(wú)法實(shí)現周期性的倒閘停電檢查與維護，因此實(shí)施在線(xiàn)的實(shí)時(shí)監測與狀態(tài)分析就顯得尤為重要。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)的監測數據分析，可以為配電系統開(kāi)展計劃性檢修提供必要的數據指導，從而使得停電檢修更有針對性，減少非必要的停產(chǎn)對海上油田穩定生產(chǎn)尤為重要。
該系統在中海油秦皇島32-6油田海上平臺35 kV 配電盤(pán)和10.5 kV 配電盤(pán)進(jìn)行應用，系統包含了母排無(wú)線(xiàn)測溫及局部放電監測等功能，能夠便捷、有效地實(shí)時(shí)監測配電盤(pán)內母排溫度和盤(pán)內局部放電情況，能夠及時(shí)判斷威脅開(kāi)關(guān)盤(pán)的安全隱患，降低設備事故率，*大限度避免直接和間接經(jīng)濟損失。
1 系統組成與原理簡(jiǎn)介
安裝在配電盤(pán)無(wú)線(xiàn)測溫及局部放電監測裝置主要分為三部分：控制箱、無(wú)線(xiàn)測溫傳感器、局部放電監測傳感器。以本次安裝的中海油海上平臺為例，總計在4面35 kV和25面10.5 kV 配電盤(pán)母排和電纜進(jìn)出線(xiàn)銅排上各設置3個(gè)無(wú)源無(wú)線(xiàn)測溫傳感器，通過(guò)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；每面 35 kV 和 10.5 kV 配電盤(pán)內都配有一個(gè)有源無(wú)線(xiàn)局部放電傳感器，局部放電傳感器安裝貼柜側壁板，由柜內AC220 轉 DC12 V 電源模塊供電?？刂葡鋬劝惭b有溫度無(wú)線(xiàn)接收模塊，用以接收各盤(pán)柜內溫度傳 感器傳送的數據，控制箱內配有PLC模塊，PLC通過(guò)對各模塊尋址讀取各盤(pán)柜母排溫度，并通過(guò)顯示器進(jìn)行顯示?？刂葡鋬妊b有無(wú)線(xiàn)數傳電臺用以接收局部放電傳感器的數據，再通過(guò) SIS413 將 RS232 協(xié)議轉換為 RS485 協(xié)議，由控制箱內 PLC 對局部放電傳感器尋址讀取數據進(jìn)行處理，將局部放電相關(guān)數據、報警等數據在顯示器上進(jìn)行顯示。如下圖 1 所述關(guān)系：
圖 1 線(xiàn)溫度及局部放電測量系統示意圖
1.1無(wú)線(xiàn)測溫
無(wú)線(xiàn)測溫系統的結構一般包括測溫數據采集、通信終端和通信管理三個(gè)主要部分構成。測溫數 據采集是基于感應式原理，通過(guò)傳感器實(shí)現對母排重要部位溫度的測量。通信終端對測溫終端發(fā)出命令，將溫度值等信息傳輸到無(wú)線(xiàn)通信的主要管理部位。通信終端是其他兩個(gè)部分的進(jìn)行交換的主要機構，能夠通過(guò)對信息的收集再經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)將信息發(fā)送至測溫現場(chǎng)顯示終端，受到數據后再 轉發(fā)給通信管理，進(jìn)而實(shí)現數據的轉換，也保證了數據的完整與可靠。
無(wú)線(xiàn)溫度傳感器主要是指放置在各測溫點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號發(fā)送、接收裝置和無(wú)線(xiàn)溫度測量裝置，本應用的無(wú)線(xiàn)測溫技術(shù)，選擇阿米特 AT-Ⅱ-C5 型無(wú)線(xiàn)溫度傳感器。每個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感器設置有 ID 編號，將編號存入到計算機數據庫中，測量溫度范圍設置為-50℃~125℃。本系統溫度傳感器地址按照16進(jìn)制進(jìn)行編碼，無(wú)線(xiàn)測溫收發(fā)器通過(guò)讀取ID來(lái)確定當前傳感器采集溫度值。傳感器結構、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 測溫傳感器安裝位置（紅圈所示）
圖 4 溫度接收單元及接線(xiàn)端口
測溫通信終端在實(shí)際使用過(guò)程中主要負責接收無(wú)線(xiàn)溫度傳感器傳輸的溫度數據，并將數據上傳到遠程管理計算機工作站中。為了提高終端的響應速度，通常一個(gè)終端*多管理 100 個(gè)測溫探頭。溫度在線(xiàn)監測工作站，主要是指一臺裝有管理終端的計算機，計算機通過(guò) RS485 串口或者互聯(lián)網(wǎng)與測溫通信終端建立連接，實(shí)時(shí)對各監測點(diǎn)運行溫度數據進(jìn)行監控比對，對監測點(diǎn)的溫度變化曲線(xiàn)進(jìn)行分析，一旦發(fā)現溫度過(guò)熱和急劇升高，立即報警。
1.2 局放監測
當絕緣材質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)，放電效應會(huì )對周?chē)馁|(zhì)進(jìn)行不斷侵蝕，*終導致整個(gè)絕緣系統的失效，進(jìn)而對電網(wǎng)系統的安全運行造成威脅。因此了解好局部放電的產(chǎn)生原理和類(lèi)型，利用合適的檢測方法對其檢測，做好預防工作，避免發(fā)生嚴重事故。
局部放電監測主要通過(guò)暫態(tài)對地電壓監測和超聲法監測兩種方式綜合判斷。
1)暫態(tài)地電壓監測原理：
當局部放電活動(dòng)出現在高壓配電盤(pán)當中時(shí)，它會(huì )產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電頻率范圍內的電磁波，它可以通過(guò)金屬外殼上的開(kāi)孔，從配電盤(pán)內泄漏到外表面。這些開(kāi)孔可以是外殼或密封墊圈或其它絕緣部件周?chē)拈g隙。
當電磁波傳播到配電盤(pán)外面時(shí)，它會(huì )在接地的金屬外殼上對地產(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，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(pán)正在工作時(shí)，將探頭放在配電盤(pán)的表面，采用這種非侵入方式來(lái)檢測局部放電活動(dòng)。
2)超聲法監測原理：
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(guān)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。由于放電持續時(shí)間很短，所以其發(fā)射的聲源頻譜很寬，可以達到數百千赫茲， 另外由于超聲波波長(cháng)較短，因此它的方向性較強， 從而它的能量較為集中，可以從配電盤(pán)縫隙處檢測到有效的超聲信號，進(jìn)行對局部放電的診斷。 利用以上兩個(gè)基本原理制成的監測傳感器，能有效實(shí)現對局部放電的實(shí)時(shí)監測。
圖 5 無(wú)線(xiàn)數傳電臺
如圖 5 所示，無(wú)線(xiàn)數傳電臺的主要作用是接收無(wú)線(xiàn)局部放電傳感器的數據，通過(guò)SIS413協(xié)議轉換器將 RS232 轉換為RS485，然后將數據傳給PLC進(jìn)行處理。以下為各端口說(shuō)明：
1-SMA 天線(xiàn)接口，外螺內孔
2-模式選擇撥碼開(kāi)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據處理、數據轉發(fā)、報警顯示、數據顯示等功能?？刂葡鋬扰渲糜蠵LC、無(wú)線(xiàn)測溫收發(fā)器、無(wú)線(xiàn)數傳電臺等關(guān)鍵器件，PLC 通過(guò)對無(wú)線(xiàn)溫度收發(fā)器和無(wú)線(xiàn)數傳電臺對現場(chǎng)各無(wú)線(xiàn)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對數據進(jìn)行處理。顯示器主要將PLC 處理的結果進(jìn)行顯示。
圖 6 母排無(wú)線(xiàn)測溫及配電盤(pán)局部放電監測控制箱
2 系統優(yōu)點(diǎn)
2.1 數據準確，即時(shí)傳輸，能夠識別參數變化趨勢
無(wú)線(xiàn)測溫傳感器直接包裹在母排上，保證母排溫度的采集數據更加真實(shí)準確；同時(shí)局部放電監測是通過(guò)暫態(tài)對地電壓監測和超聲法監測兩種方式綜合判斷，并且局部放電探頭放置在盤(pán)柜內部，相比于之前的局部放電儀外部測量也更加準確。此系統將母排溫度和局部放電的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)溫度和局部放電傳感器都傳輸到 PLC 內進(jìn)行處理和計算。顯示器將各母排溫度和盤(pán)內局部放電即時(shí)數據、報警信息、變化曲線(xiàn)情況都清晰的展現出來(lái)。
2.2 安全且高效的智能化采集代替人工測量和檢查
傳統的熱成像和局部放電測量，都是要通過(guò)熱成像儀和局部放電儀進(jìn)行人工測量，而且是每個(gè)月才進(jìn)行一次，非常的費時(shí)費力，并且都是在外部，數據采集干擾因素很多，數據往往不夠貼近現場(chǎng)的實(shí)際情況。熱成像只能通過(guò)觀(guān)察孔檢測， 數據正確性差，只能通停電并拆開(kāi)柜門(mén)檢修外觀(guān)和緊固檢查，不能準確判斷設備發(fā)熱狀態(tài)。通過(guò)配電盤(pán)無(wú)線(xiàn)測溫及局部放電監測系統的應用，不僅實(shí)現了溫度和局部放電實(shí)時(shí)監測，同時(shí)也大大的節省了人力，很大的方便了現場(chǎng)的工作。另外， 通過(guò)無(wú)線(xiàn)局放實(shí)時(shí)監測，避免人員開(kāi)蓋檢測而造成的觸電風(fēng)險。
2.3 無(wú)線(xiàn)傳輸，保證了高中壓配電盤(pán)的完整性和安全性
對原配電系統改造升級后，盤(pán)內溫度和局部放電傳感器全都采取無(wú)線(xiàn)傳輸方式，避免了對增加的電纜擊穿對高中盤(pán)母排安全運行造成安全威脅。另外，無(wú)線(xiàn)傳輸，無(wú)需對盤(pán)柜開(kāi)孔，保證了盤(pán)柜的防護等級和本質(zhì)安全。該系統能夠及時(shí)發(fā)現設備潛在的隱患，一旦發(fā)現影響設備正常運行的隱患，現場(chǎng)將制定整改計劃，及時(shí)糾正設備狀態(tài)，提升高中壓盤(pán)安全性和穩定性。該系統作為高中壓盤(pán)實(shí)時(shí)“體檢醫生"，可以避免因為未察覺(jué)的重大隱患而導致配電盤(pán)損壞，從而避免了因生產(chǎn)電力系統故障，給能源企業(yè)造成巨大損失。
3、安科瑞溫度在線(xiàn)監測系統解決方案
3.1、概述
電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測溫裝置適用于高低壓開(kāi)關(guān)柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開(kāi)關(guān)、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過(guò)程中因氧化、松動(dòng)、灰塵等因素造成接點(diǎn)接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時(shí)、持續、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。
Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通訊，系統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了較大地提高。該系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能，可以監控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。
3.2、應用場(chǎng)所
適合在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、鋼廠(chǎng)、化工、水泥、數據中心、醫院、機場(chǎng)、電廠(chǎng)、煤礦等廠(chǎng)礦企業(yè)、變配電所等電力設備的溫度監測。
3.3、系統結構
溫度在線(xiàn)監測系統結構圖
3.4、系統功能
測溫系統主機Acrel-2000T安裝于值班監控室，可以遠程監視系統內所有開(kāi)關(guān)設備運行溫度狀態(tài)。系統具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電系統內每個(gè)測溫點(diǎn)的實(shí)時(shí)值，也可實(shí)現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
2）溫度曲線(xiàn)：查看每個(gè)測溫點(diǎn)的溫度趨勢曲線(xiàn)。
3）運行報表：查詢(xún)及打印各測溫點(diǎn)時(shí)間的溫度數據。
4）實(shí)時(shí)告警：系統能夠對各測溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。系統具有實(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告警，告警方式有彈窗、語(yǔ)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(xún)：能夠溫度越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析等。
3.5、系統硬件配置
溫度在線(xiàn)監測系統主要由設備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元，通訊層的邊緣計算網(wǎng)關(guān)以及站控層的測溫系統主機組成，實(shí)現變配電系統關(guān)鍵電氣部位的溫度在線(xiàn)監測。
4 結語(yǔ)
母排無(wú)線(xiàn)測溫及配電盤(pán)局部放電監測系統作 為主動(dòng)監測電氣設備局部放電及溫度檢測系統， 其抗干擾能力強，監測數據準確，同時(shí)能夠提供 多種報警方式。母排無(wú)線(xiàn)測溫及配電盤(pán)局部放電 監測系統的*大優(yōu)勢在于，能夠全天候實(shí)時(shí)監控 配電盤(pán)母排溫度及內部局部放電情況，真實(shí)反映 出設備運行狀態(tài)。當發(fā)生異常情況時(shí)，現場(chǎng)人員 可以及時(shí)對設備進(jìn)行干預，大幅降低經(jīng)濟損失及 事故發(fā)生幾率，保證了電氣設備的平穩運行，具 有較大的經(jīng)濟和社會(huì )效益，將助力我國海上油田 油氣開(kāi)發(fā)生產(chǎn)事業(yè)。
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