摘要：本文介紹了高中壓配電板無線溫度測量和局部放電測量系統(tǒng)，利用中海油秦皇島32-6油田海上平臺35kV配電板和10.5kV配電板，通過母線無線溫度測量和局部放電監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)配電板母線溫度和局部放電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，技術(shù)可取代人工帶電母線溫度和局部放電實(shí)時(shí)監(jiān)測，大大降低人員頻繁檢測的勞動強(qiáng)度和電氣安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞:海上油田、母排溫度、局部放電、無線監(jiān)測

引言

 海上油田電力系統(tǒng)是海上石油平臺的動力命脈和開發(fā)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，配電盤是重要環(huán)節(jié)之一。由于配電盤一般為封閉系統(tǒng)，散熱條件差，電氣設(shè)備長期滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致熱量過大，熱積累加劇，造成設(shè)備絕緣部件短路、火災(zāi)等重大安全生產(chǎn)事故。此外，高、中壓設(shè)備絕緣差、安裝缺陷、安全距離等原因會導(dǎo)致局部放電。隨著局部放電的發(fā)展，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，很可能會損壞盤柜。與陸地電力系統(tǒng)相比，由于空間限制，配電系統(tǒng)無法根據(jù)陸地電網(wǎng)配電架構(gòu)配置足夠的備用設(shè)備，特別是35KV及以下中低壓系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)定期停電檢查和維護(hù)，因此實(shí)施在線實(shí)時(shí)監(jiān)測和狀態(tài)分析尤為重要。同時(shí)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析，可以為配電系統(tǒng)的計(jì)劃維護(hù)提供必要的數(shù)據(jù)指導(dǎo)，使停電維護(hù)更有針對性，減少不必要的停產(chǎn)對海上油田的穩(wěn)定生產(chǎn)尤為重要。

一系統(tǒng)組成與原理簡介

 配電盤安裝的無線溫度測量和局部放電監(jiān)測裝置主要分為控制箱、無線溫度測量傳感器和局部放電監(jiān)測傳感器三部分。以本次安裝的中海油海上平臺為例，在4面35kV、25面10.5kV配電盤母排和電纜進(jìn)出線銅排上設(shè)置3個(gè)無源無線溫度測量傳感器，通過不銹鋼帶和螺紋膠固定，防止松動脫落造成短路風(fēng)險(xiǎn)；每面35kV和10.5kV配電盤配備有源無線局部放電傳感器，局部放電傳感器配備柜側(cè)壁板，由柜內(nèi)AC220轉(zhuǎn)DC12V電源模塊供電?？刂葡渑溆袦囟葻o線接收模塊，接收每個(gè)柜內(nèi)溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?？刂葡渑溆蠵LC模塊。PLC通過尋找每個(gè)模塊的位置來讀取每個(gè)柜的母排溫度，并通過顯示器顯示?？刂葡渑鋫錈o線數(shù)傳電臺接收局部放電傳感器數(shù)據(jù)，然后通過SIS413將RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS485協(xié)議，控制箱PLC處理局部放電傳感器位置讀取數(shù)據(jù)，顯示顯示器上顯示局部放電相關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)警等數(shù)據(jù)。如下圖1所述：

圖1線溫度、局部放電測量系統(tǒng)示意圖

1無線測溫

 無線溫度傳感器主要是指放置在每個(gè)溫度測量點(diǎn)的無線信號發(fā)送、接收裝置和無線溫度測量裝置。本應(yīng)用的無線溫度測量技術(shù)選擇阿米特AT-Ⅱ-C5型無線溫度傳感器。每個(gè)無線傳感器都有一個(gè)ID號，將號碼存儲在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，測量溫度范圍設(shè)置為-50℃~125℃。系統(tǒng)溫度傳感器地址按16進(jìn)制編碼，無線溫度測量收發(fā)器通過讀取ID確定當(dāng)前傳感器采集溫度值。傳感器結(jié)構(gòu)和安裝方法如圖2所示。

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連接；3-鎖定用于固定合金片；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

 在實(shí)際使用過程中，溫度測量通信終端主要負(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。為了提高終端的響應(yīng)速度，一個(gè)終端通常管理100多個(gè)溫度測量探頭。溫度在線監(jiān)測工作站主要是指配備管理終端的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過RS485串口或互聯(lián)網(wǎng)與溫度測量通信終端連接，實(shí)時(shí)監(jiān)測和比較各監(jiān)測點(diǎn)的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)，分析監(jiān)測點(diǎn)的溫度變化曲線。一旦發(fā)現(xiàn)溫度過熱和急劇上升，立即報(bào)警。

2局放監(jiān)測

 當(dāng)絕緣材料發(fā)生局部放電時(shí)，放電效應(yīng)會不斷侵蝕周圍材料，最終導(dǎo)致整個(gè)絕緣系統(tǒng)的故障，從而威脅到電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，了解局部放電的原理和類型，采用適當(dāng)?shù)臋z測方法進(jìn)行檢測，做好預(yù)防工作，避免發(fā)生嚴(yán)重事故。

 局部放電監(jiān)測主要通過臨時(shí)地電壓監(jiān)測和超聲法監(jiān)測進(jìn)行綜合判斷。

（1）臨態(tài)電壓監(jiān)測原理:

 當(dāng)局部放電活動出現(xiàn)在高壓配電盤中時(shí)，會在無線電頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁波，可通過金屬外殼上的開口從配電盤泄漏到外表面。這些開口可以是外殼或密封墊圈或其他絕緣部件周圍的間隙。

 當(dāng)電磁波傳播到配電盤外時(shí)，它會在接地的金屬外殼上對地面產(chǎn)生臨時(shí)電壓。臨時(shí)電壓(TEV)在幾毫伏到幾伏的范圍內(nèi)，存在的時(shí)間很短，只有幾納秒的上升時(shí)間。當(dāng)配電盤工作時(shí)，可以將探頭放在配電盤表面，以這種非侵入性的方式檢測局部放電活動。

（2）超聲法監(jiān)測原理：

 當(dāng)介質(zhì)發(fā)生局部放電時(shí)，其瞬時(shí)釋放的能量會導(dǎo)致分子之間的劇烈碰撞，并在宏觀上形成壓力，產(chǎn)生超聲波脈沖。此時(shí)，局部放電源就像一個(gè)聲源，向外發(fā)出超聲波。由于放電持續(xù)時(shí)間短，發(fā)出的聲源頻譜非常寬，可達(dá)數(shù)百千赫茲。此外，由于超聲波波長短，方向性強(qiáng)，能量集中，可從配電盤間隙檢測到有效的超聲信號，診斷局部放電。利用上述兩個(gè)基本原理制成的監(jiān)測傳感器可以有效地實(shí)現(xiàn)對局部放電的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖5無線數(shù)傳電臺

 如圖5所示，無線數(shù)傳電臺的主要功能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)傳輸?shù)絇LC進(jìn)行處理。以下是每個(gè)端口的說明：

1-SMA天線接口，外螺內(nèi)孔

2-模式選擇撥碼開關(guān)開關(guān)

3-DC電源接口(5.5*2.1)，連接DC8~28V電源，(3和6同時(shí)只連接一個(gè))

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

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

6-DC電源接口，連接DC8~28V電源(3和6同時(shí)只能連接一個(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所示，控制箱的主要功能是數(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?？刂葡渑溆蠵LC、無線溫度測量收發(fā)器、無線數(shù)字傳輸電臺等關(guān)鍵設(shè)備，PLC通過無線溫度收發(fā)器和無線數(shù)字傳輸電臺找到現(xiàn)場無線溫度和局部放電傳感器固定的16進(jìn)制地址，然后PLC處理數(shù)據(jù)。顯示器主要顯示PLC處理的結(jié)果。

圖6母排無線測溫，配電盤局部放電監(jiān)測控制箱

二系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、即時(shí)傳輸，能識別參數(shù)變化趨勢

無線溫度測量傳感器直接包裹在母排上，確保母排溫度采集數(shù)據(jù)更真實(shí)、更準(zhǔn)確；局部放電監(jiān)測通過臨時(shí)地電壓監(jiān)測和超聲監(jiān)測綜合判斷，局部放電探頭放置在柜內(nèi)，比以前的局部放電儀外部測量更準(zhǔn)確。

2安全高效的智能采集取代了人工測量和檢查

通過配電盤無線溫度測量和局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了溫度和局部放電的實(shí)時(shí)監(jiān)測，而且大大節(jié)省了人力，大大方便了現(xiàn)場工作。此外，通過無線局實(shí)時(shí)監(jiān)控，避免了人員開蓋檢測造成的觸電風(fēng)險(xiǎn)。

3無線傳輸保證了高中壓配電盤的完整性和安全性

三安科瑞溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

1概述

 Acrel-2000T無線測溫監(jiān)測系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接通信，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)-RTU、Modbus-TCP等傳輸規(guī)則大大提高了安全性、可靠性和開放性。該系統(tǒng)具有遙信、遙控、遙控、遙控、遙控、事件報(bào)警、曲線、棒圖、報(bào)告和用戶管理功能，可監(jiān)控?zé)o線溫度測量系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，防止嚴(yán)重故障。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3系統(tǒng)功能

 溫度測量系統(tǒng)主機(jī)Acrel-2000T安裝在值班監(jiān)控室，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中所有開關(guān)設(shè)備的運(yùn)行溫度狀態(tài)。該系統(tǒng)具有以下主要功能：

 溫度顯示；溫度曲線；操作報(bào)告；實(shí)時(shí)報(bào)警；歷史事件查詢。

4系統(tǒng)硬件配置

 溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備層的溫度傳感器和溫度采集/顯示單元、通信層的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)和站控層的溫度測量系統(tǒng)主機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)變配電系統(tǒng)關(guān)鍵電氣部件的溫度在線監(jiān)測。

四結(jié)語

 作為主動監(jiān)測電氣設(shè)備局部放電和溫度檢測系統(tǒng)，母排無線溫度測量和配電盤局部放電監(jiān)測系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可提供多種報(bào)警方式。母排無線溫度測量和配電盤局部放電監(jiān)測系統(tǒng)的you點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測配電盤的母排溫度和內(nèi)部局部放電情況，真正反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，現(xiàn)場人員可及時(shí)干預(yù)設(shè)備，大大降低經(jīng)濟(jì)損失和事故概率，確保電氣設(shè)備的順利運(yùn)行，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會效益，幫助我國海上油田油氣的發(fā)展和生產(chǎn)。

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