浅谈温度在线监测技术在油田变电设备中的应用与研究

时间：2021-08-23作者：安科瑞电气股份有限公司浏览：107

李茫茫

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘要：在变电设备的运行过程中，故障发生前都会有明显的异常温升特点，如果发现不及时，就会造成严重的事故，因此温度是变电设备运行中需要着重监测的一个重要参数。采用温度在线监测系统，将温度传感器安装在高压设备的被测点上，由温度监测装置向温度传感器发射询问指令脉冲并接收测量点温度数据（同时具备温报警功能），再通过RS485串行通信口与监控计算机相连，可实现对电气设备各连接点温度的实时监测，使变电运行人员能够及时发现设备缺陷并采取有效措施。采用该系统对**设备运行、提高供电可靠性具有重要的意义。
关键词：变电设备；异常温升；温度在线监测；报警
 
0 引言
      由于油田6（10）kV配电线路的供电距离长、设备元件多、用电负荷大，且大多连续运行，这决定了对线路进行供电的变电所的电气设备在运行中具有负荷重、电流高等特点。在这样的条件下，当变电设备发生连接部位螺丝松动、各部分元件接触不良等情况时，由于大电流持续通过设备温度会异常升高，使电气设备材料性能变差，如果不能及时发现并进行维修，就会因设备过热焊点熔化造成严重的事故。也就是说，高压设备在故障发生的同时会有温度明显升高的特征，因此，在高压设备的运行过程中对其温度参数的监测是非常重要的。
 
1 变电设备常见的异常温升
1.1全封闭电气设备的异常温升
      近年来，油田变电所逐步推广全封闭电气设备，即将高压断路器、隔离开关、互感器等高压元件进行组合，装入金属封闭柜内，如GIS组合电器和KYN系列铠装高压开关柜等。在全封闭电气设备运行时，如柜体内部设备出现局部放电，会引起导体连接处异常温升，由于发热位置隐蔽，运行人员无法及时发现。这样易使故障扩大，致使电气元件击穿烧毁且波及相邻设备单元，造成恶性停电事故。
 
1.2高压断路器的异常温升
      在高压断路器正常运行时，长期通过的工作电流产生的能量转变为热能[3]，使电气材料温度升高但不会出规定范围；当导电回路不正常时，会使电气材料温度升高出规定范围，加速动、静触头的氧化，使接触电阻变大，这样又使发热温度进一步增加，而使电气材料的机械性能、物理性能下降。当温度过材料的熔点时，将使两触头熔焊，导致断路器无法实现开断的电气事故。例如：变电所（开闭所）的金属铠装封闭开关柜均采用小车式断路器，当手车插头推入时，如推入时力度不够或未摇到位，将造成动、静插头插入处接触不良引起过热，在运行过程中触头熔化，会引发相间短路，导致开关整体烧毁的恶性事故。
 
1.3导体连接处的异常温升
      变电所的各个电气设备间的连接主要靠螺丝进行压接，还有与主母线、分支母线进行连接等多种方式。由于受到电压等级的限制，需要考虑对地距离的要求，以及连接母线的运行，为此加装绝缘护套并进行了封闭。这样就使设备间的连接导线存在架设距地面高、封闭性强等诸多不利于运行的特点，如果连接处的螺丝检修不到位或长时间运行，在风力等外界因素以及运行过程中电动力的振动引起螺丝松动、氧化，造成母线连接处因接触电阻过大而出现接点过热，会引发全所或整段母线大面积停电的恶性事故。
 
2 常规温度监测手段
      对于电气设备在运行中存在的异常温升现象，为防止温升导致事故，在日常运行中，油田变电所大多采用在运行设备上贴测温片和红外测温仪的方式定时巡视检测温度。
 
2.1测温片
      测温片的颜色随被测试点温度的变化而变化，根据其颜色即可判断被测点大致温度，优点是操作简单，成本低廉；缺点是准确度低、可靠性差（凭个人经验来判断温度）。用测温片测试温度的方法是将其贴于裸露电气设备连接点，监测其温度变化，只有在运行人员巡视设备时才能发现过热缺陷，存在因设备较高不便于观察以及受产品有效期限制需定期更换等问题。
 
2.2红外测温仪
      红外测温仪属于非接触式测温，优点是测量范围大，准确度较高，可靠性较好；缺点是设备昂贵，且需大量人力定期巡测，无法实现温度实时在线监测，另外受太阳光的干扰测量误差大。采用红外测温仪对裸露设备连接点进行测温时，受测量时间以及通过的电流等因素影响，并不能完全发现温度异常情况，无法做到实时监测，且对封闭开关柜内的接触点无法进行测温。
      以上两种测温方式都不能及时、准确地掌握电气设备运行时各连接点温度的变化情况，存在局限性。
 
3 温度在线监测技术
3.1技术原理
      温度在线监测系统由温度传感器、监测装置以及集中监控主机三部分组成。其与被测设备连接方式见图1。将温度传感器安装在高压设备的被测点上，一般固定在高压设备、母线或导体连接点、断路器触头等位置，当高压设备运行时，温度传感器自动从高压设备上感应出微弱的电量，经稳压处理后提供给测量和通信设备；温度监测装置向温度传感器发射询问指令脉冲，温度传感器接收后返回测量数据，监测装置对数据进行解码计算后得出被测点温度。如果被测点温度过预设的报警值，闪光灯将发出温报警信号；监测装置有RS485串行通信口与监控计算机相连进行数据传输，同时可通过GPRS移动通信网或综合自动化系统将所有监测数据上传集控中心。
图1 温度在线监测系统安装示意图
3.2应用情况
      某采油厂针对变电所6 kV回路以及负荷较大的进、出线回路安装温度在线监测系统，包括温度传感器、温度监测装置（采集终端）及监控主机，
      某采油厂在太南二变电所6 kV所有回路高压铠装封闭开关柜内的开关触头连接点加装温度传感器（图2），通过温度监测装置（图3）对设备各接点运行温度进行实时在线监测，变电所运行人员从监控计算机中的6 kV无线测温遥测数据表中就能很方便查看各接点的运行温度及其变化情况。目前安装的监测设备已运行3年，应用效果良好，进一步提高了电网管理水平。


图2 小车开关动触头安装温度传感器             


图 3 温度测温装置
 
      某采油厂针对变电所主变压器低压侧和6 kV注水电动机回路负荷电流大的特点，将温度传感器捆绑式安装在其小车插头的动触头上，将采集到的实时温度数据通过射频通信（无线传输）方式上传到测温采集终端，并可采集多组温度传感器的温度数据，可实时在线监测小车柜内部开关触头温度。在葡一联、葡二联、葡三联变电所安装10套，目前设备运行可靠数据测量准确，应用效果良好。
      2014年5月14日，葡一联变电所主控室温报警闪光灯发出闪光报警，运行值班人员现场检查发现2号注水电动机7112回路温度监测装置温报警（图4）。经查由于值班人员操作时小车开关未摇到位，造成动、静插头插入处接触不良而存在过热现象，经停电处理后恢复。可见，温报警功能可**提醒运行人员注意并发现缺陷，避免了因过热造成设备严重故障，对设备运行具有重要意义。


图 4 主控室温报警闪光灯亮
3.3效果分析
      （1）温度在线监测技术实现了温度数据的实时测量，运行人员根据设备运行温度数据，可直观判定设备运行是否正常，提高了发现因温度过热造成设备缺陷的及时性和准确性。
      （2）采集终端（温度监测装置）接收到的数据可与设定值对比从而实现温报警等功能，有效防止因接触不良等原因导致设备过热事故的发生
      （3）温度监测设备安装范围可选择全部安装或只选择在大负荷回路安装，具有选择性强、灵活方便等优点，还可达到节省投资的目的。
 
3.4应用范围
      温度在线监测技术不仅可对断路器动静触头连接点、母线连接点、隔离开关闸刀触头以及其他电气设备连接点进行实时在线温度监测，还可用于干式变压器、高压电缆接头等电气设备的温度监测，应用前景非常广泛。
 
4 安科瑞无线测温系统介绍与选型
      安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款无线测温软件。
 
4.1 Acrel-2000T无线测温系统结构
      Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图5），系统设计遵循国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，可靠性和开放性都得到了很大地提高。
      Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。
      Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。


图5 Acrel-2000T无线测温系统结构图
4.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
■实时监测
      Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
■温度查询
      温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
■运行报表
      查询各回路设备运行溫度报表.
■实时报警
      壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。
■设备提供以下凡种告警方式：
      a.弹岀事件报驚窗口.
      b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.
      C.短信吿警，可以向*手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
■历史告警査询
      Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。
■用户权限管理
      Acrel-2000T无线测温监控系统为**系统稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的**。
■定值设置
      用于修改高温定值、温定值。
■WEB（可选）
      展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。
      实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
      接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。
      能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。
      运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
■手机APP（可选）
      设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。
 
4.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
      安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图6）。


图6 电气接点在线测温结构图
4.3.1 安科瑞无线温度传感器
      无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。


 
4.3.2 安科瑞无线收发器
      无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。


4.3.3 安科瑞显示终端
      显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。


 
5 结束语
      (1)应用温度在线监测技术可从根本上消除全封闭的电气设备各接点温度监测盲点，解决以往无法检测的问题。从本质上改变运行人员周期巡视接点温度的管理模式，提高工作效率，节约人力、物力资源，经济效益明显。
      (2)可根据温度在线监测数据判定电气设备运行情况，进而确定检修周期及检修项目，给变电所状态检修提供决策依据。
      (3)温度在线实时监测的数据可作为无人值守变电所的设备运行监控的重要节点数据，给变电所的运行监控和缺陷收集提供强有力的技术支持。
      (4)温度在线实时监测可让变电运行人员及时发现高压设备故障征兆，提前采取有效措施，这对**设备运行提高供电可靠性具有重要的意义。
 
【参考文献】
[1]任春红.高压成套开关设备的温度监测[J].电气制造,2009(1)：64-66.
[2]田庆书,姜莉,孟媛.温度在线监测技术在油田变电设备中的应用.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
 
作者简介：
李茫茫，女。任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司



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