海上石油平臺封閉式中高壓配電盤無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉詩揚，張樹健

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海上石油平臺封閉式中高壓配電盤無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用研究

劉詩揚，張樹健

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300000）

海上石油平臺的封閉式中高壓配電盤在平臺電力系統(tǒng)起著十分重要的作用，通過統(tǒng)計其配電盤的大部分故障為前期的熱效應(yīng)引起，由于配電盤內(nèi)部空間封閉狹小，所以無法進行人工巡查測溫，這給油田的供電系統(tǒng)埋下了一定的潛在隱患。因此，基于油田利用ZigBee無線傳感技術(shù)進行實時檢測時配電盤內(nèi)重要節(jié)點的溫度變化，可提前發(fā)現(xiàn)隱患并采取有效的措施進行預防維護，從而減少損失。

ZigBee；配電盤；無線測溫；石油平臺

隨著國際油價的上下起伏，海上石油平臺的產(chǎn)量任務(wù)壓力日益增加，所以，對海上石油平臺電網(wǎng)的穩(wěn)定性要求越來越高，而海上石油平臺的中高壓配電盤大部分采用全封閉式結(jié)構(gòu)，全封閉式的高壓配電盤長期處于高負荷的運行狀態(tài)，散熱效果差，易造成熱量集結(jié)加劇，溫升直接損害電氣設(shè)備的電氣絕緣能力，常出現(xiàn)電氣接頭表面氧化腐蝕、緊固螺栓松動、觸點和母線排連接處老化等問題，埋下了極大的安全隱患[1-2]。因此，如果能有效監(jiān)控中高壓配電盤母排、電纜接頭，則可以杜絕因配電盤內(nèi)部過熱而導致的火災(zāi)，防止出現(xiàn)大面積停電事故，保證油田的安全、穩(wěn)定運行。同時，隨著社會經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了飛快發(fā)展，為電力無線測溫系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了可能[3]。

1 優(yōu)越性探討

無線測溫采用了溫度數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)姆绞?，利用無線聯(lián)網(wǎng)的方式，一點對應(yīng)多點，避免了施工周期長、施工復雜、效率低等問題，特別是針對海上石油平臺交通不便、空間狹小、空氣潮濕環(huán)境的應(yīng)用，不僅降低了成本，而且使測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，同時，其測溫模塊具有良好的絕緣性，不會影響高壓開關(guān)柜高、中壓室本身的絕緣性能，保證了配電盤的正常運行。無線傳感器因其體積小，可以方便地安裝在中高壓配電盤觸頭或母排表面，尤其是安裝在設(shè)備上容易發(fā)熱故障的區(qū)域，同時，無線傳感器能較為準確地反映設(shè)備運行時的溫度信息，并使測量到的溫度數(shù)據(jù)具有很強的實時性，無線測溫系統(tǒng)也具備抗電磁干擾措施，保證此測溫系統(tǒng)的可靠性[4]。

2 特點和組成

通過對無線通信藍牙、WiFi、ZigBee、UWB、FM等的比較，結(jié)合海上石油平臺自身環(huán)境的特點，油田最終采用iSTM400智能無線測溫裝置系統(tǒng)，其裝置系統(tǒng)是專門開發(fā)于高壓帶電體的運行溫度實時監(jiān)測，采用接觸式數(shù)字式溫度傳感器，ZigBee技術(shù)無線數(shù)據(jù)傳輸，低功耗設(shè)計、采用取能線圈供電等技術(shù)，真正實現(xiàn)了在線、實時、智能決策的無線溫度監(jiān)測，且系統(tǒng)具有高壓隔離、多種告警遠傳手段、監(jiān)測數(shù)據(jù)后臺智能處理等特點。

iSTM400智能無線測溫裝置由iSTM400-M總控主機、iSTM-T3接收分機、iSTM-S3溫度采集模塊構(gòu)成，1臺iSTM400-M總控主機最多可監(jiān)測15臺開關(guān)柜。

2.1 iSTM400-M總控主機

接收iSTM-T3接收分機發(fā)出的信號，并將接收的信號進行轉(zhuǎn)換，并顯示在LED的顯示屏上，直觀顯示斷路器觸頭、設(shè)備和母線溫度的具體位置及名稱，實時、連續(xù)的溫度監(jiān)測具有報警輸出功能和報警音響，具備記錄32個事件的SOE功能，可以在線查詢超溫報警的時間、日期并保存歷史數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可作為運行經(jīng)驗的積累和事故分析的依據(jù)。此外，還具有溫度和溫升2種顯示模式，方便用戶查閱和管理。

2.2 iSTM-T3接收分機

iSTM-T3接收分機專門應(yīng)用于iSTM400，其接收對應(yīng)開關(guān)柜相應(yīng)的無線測溫采集模塊（測溫傳感器）的實時溫度數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至iSTM400-M總控主機。

2.3 無線溫度采集模塊iSTM-S3

無線傳感器內(nèi)部經(jīng)過特殊工藝處理，溫度采集模塊由CT電流互感器、濾波整流保護電路、穩(wěn)壓電路、溫度測量、通訊電路等組成，應(yīng)用于測量開關(guān)柜斷路器靜觸頭接點的溫度，采用ZigBee無線傳輸方式，傳感器采用高壓側(cè)自具電源，在一次電流≥50 A時均可正常運作，無需外加電源，具體如圖1所示。

圖1 無線溫度采集模塊（測溫傳感器）iSTM-S3安裝示意圖

3 海上石油平臺無線測溫系統(tǒng)的應(yīng)用

海上石油平臺某油田應(yīng)用了iSTM400智能無線測溫裝置系統(tǒng)，在停產(chǎn)檢修期間進行施工，總共對VCB101～104、VCB108～110、VCB112～114、高壓PT柜、1#PT柜、2#PT柜等共13面進行了無線測溫采集模塊的安裝，在VCB105和VCB108內(nèi)的控制室安裝完成iSTM-T3接收分機，在主開間上位機機柜內(nèi)安裝完成iSTM400-M總控主機，成功搭建起了覆蓋中高壓母排和觸頭的無線測溫系統(tǒng)，對上下觸點和母排進行溫度的實時監(jiān)測顯示及告警。某油田無線測溫裝置系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 某油田無線測溫裝置系統(tǒng)拓撲圖

通過系統(tǒng)的成功搭建，iSTM400-M總控主機顯示屏每5 s切換1個測溫盤柜，并循環(huán)顯示，同時，操作人員也可以設(shè)定報警溫度，一旦測量溫度超過報警溫度，顯示屏會立即發(fā)出報警信號，并鎖定報警盤柜及溫度顯示，確保運行人員第一時間了解報警盤柜的溫度，采取有效措施防止故障進一步擴大，同時，在測溫方面通過現(xiàn)場實際測溫與系統(tǒng)顯示溫度比對，其誤差在±1 ℃，滿足現(xiàn)場的使用需求。iSTM400-M總控主機顯示屏顯示數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 iSTM400-M總控主機顯示屏顯示數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

海上石油平臺封閉式中高壓配電盤無線測溫系統(tǒng)有效地解決了現(xiàn)有開關(guān)柜傳統(tǒng)測溫技術(shù)存在的缺陷，實現(xiàn)了封閉式開關(guān)柜發(fā)熱的接點部位和母排整體情況的實時在線監(jiān)測，避免了因負荷變化而引起的設(shè)備過熱，進而造成設(shè)備損壞的情況，達到了在線監(jiān)測的目的[5-6]。同時，無線測溫系統(tǒng)的安裝和應(yīng)用保證了運行人員對封閉式中高壓配電盤運行狀態(tài)的掌握，實現(xiàn)了檢修人員從計劃檢修到預防性檢修的轉(zhuǎn)變，大大降低了非計劃性關(guān)停發(fā)生的概率，保證了海上石油平臺電力系統(tǒng)的安全性、可靠性。

［1］苑舜.高壓開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2001.

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［3］張欣.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力無線測溫系統(tǒng)設(shè)計分析［J］.河南科技，2014（06）：64.

［4］薛卜瑋. 黃新波.朱永燦.10 kV箱式變電站溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究［J］.陜西電力，2016，44（04）：22.

［5］蔣遠東.基于無源無線傳感技術(shù)的高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5（02）：130.

［6］姜凱翔.35 kV高壓開關(guān)柜實時無線測溫的研究［J］.中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2014（32）：140.

2095－6835（2018）20－0152－02

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.20.152

〔編輯：張思楠〕