溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在油田變電設(shè)備中的應(yīng)用

田慶書 姜莉 孟媛

1中國(guó)石油集團(tuán)電能有限公司電力設(shè)計(jì)研究院

2大慶油田有限責(zé)任公司第七采油廠

3青海油田采油二廠

由于油田6（10）kV配電線路的供電距離長(zhǎng)、設(shè)備元件多、用電負(fù)荷大，且大多連續(xù)運(yùn)行，這決定了對(duì)線路進(jìn)行供電的變電所的電氣設(shè)備在運(yùn)行中具有負(fù)荷重、電流高等特點(diǎn)。在這樣的條件下，當(dāng)變電設(shè)備發(fā)生連接部位螺絲松動(dòng)、各部分元件接觸不良等情況時(shí)，由于大電流持續(xù)通過(guò)[1]設(shè)備溫度會(huì)異常升高，使電氣設(shè)備材料性能變差，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修，就會(huì)因設(shè)備過(guò)熱焊點(diǎn)熔化造成嚴(yán)重的事故。也就是說(shuō)，高壓設(shè)備在故障發(fā)生的同時(shí)會(huì)有溫度明顯升高的特征，因此，在高壓設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中對(duì)其溫度參數(shù)的監(jiān)測(cè)是非常重要的。

1 變電設(shè)備常見的異常溫升

1.1 全封閉電氣設(shè)備的異常溫升

近年來(lái)，油田變電所逐步推廣全封閉電氣設(shè)備，即將高壓斷路器、隔離開關(guān)、互感器等高壓元件進(jìn)行組合，裝入金屬封閉柜內(nèi)，如GIS組合電器和KYN系列鎧裝高壓開關(guān)柜等。在全封閉電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，如柜體內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)局部放電，會(huì)引起導(dǎo)體連接處異常溫升[2]，由于發(fā)熱位置隱蔽，運(yùn)行人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)。這樣易使故障擴(kuò)大，致使電氣元件擊穿燒毀且波及相鄰設(shè)備單元，造成惡性停電事故。

1.2 高壓斷路器的異常溫升

在高壓斷路器正常運(yùn)行時(shí)，長(zhǎng)期通過(guò)的工作電流產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮躘3]，使電氣材料溫度升高但不會(huì)超出規(guī)定范圍；當(dāng)導(dǎo)電回路不正常時(shí)，會(huì)使電氣材料溫度升高超出規(guī)定范圍，加速動(dòng)、靜觸頭的氧化，使接觸電阻增大，這樣又使發(fā)熱溫度進(jìn)一步增加，而使電氣材料的機(jī)械性能、物理性能下降。當(dāng)溫度超過(guò)材料的熔點(diǎn)時(shí)，將使兩觸頭熔焊，最終導(dǎo)致斷路器無(wú)法實(shí)現(xiàn)開斷的電氣事故。例如：變電所（開閉所）的金屬鎧裝封閉開關(guān)柜均采用小車式斷路器，當(dāng)手車插頭推入時(shí)，如推入時(shí)力度不夠或未搖到位，將造成動(dòng)、靜插頭插入處接觸不良引起過(guò)熱，在運(yùn)行過(guò)程中觸頭熔化，會(huì)引發(fā)相間短路，導(dǎo)致開關(guān)整體燒毀的惡性事故。

1.3 導(dǎo)體連接處的異常溫升

變電所的各個(gè)電氣設(shè)備間的連接主要靠螺絲進(jìn)行壓接，還有與主母線、分支母線進(jìn)行連接等多種方式。由于受到電壓等級(jí)的限制，需要考慮對(duì)地安全距離的要求，以及連接母線的運(yùn)行安全，為此加裝絕緣護(hù)套并進(jìn)行了封閉。這樣就使設(shè)備間的連接導(dǎo)線存在架設(shè)距地面高、封閉性強(qiáng)等諸多不利于運(yùn)行的特點(diǎn)，如果連接處的螺絲檢修不到位或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，在風(fēng)力等外界因素以及運(yùn)行過(guò)程中電動(dòng)力的振動(dòng)引起螺絲松動(dòng)、氧化，造成母線連接處因接觸電阻過(guò)大[4]而出現(xiàn)接點(diǎn)過(guò)熱，會(huì)引發(fā)全所或整段母線大面積停電的惡性事故。

2 常規(guī)溫度監(jiān)測(cè)手段

對(duì)于電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的異常溫升現(xiàn)象，為防止溫升導(dǎo)致事故，在日常運(yùn)行中，油田變電所大多采用在運(yùn)行設(shè)備上貼測(cè)溫片和紅外測(cè)溫儀的方式定時(shí)巡視檢測(cè)溫度。

2.1 測(cè)溫片

測(cè)溫片的顏色隨被測(cè)試點(diǎn)溫度的變化而變化[5]，根據(jù)其顏色即可判斷被測(cè)點(diǎn)大致溫度，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本低廉；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低、可靠性差（憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷溫度）。用測(cè)溫片測(cè)試溫度的方法是將其貼于裸露電氣設(shè)備連接點(diǎn)，監(jiān)測(cè)其溫度變化，只有在運(yùn)行人員巡視設(shè)備時(shí)才能發(fā)現(xiàn)過(guò)熱缺陷，存在因設(shè)備較高不便于觀察以及受產(chǎn)品有效期限制需定期更換等問題。

2.2 紅外測(cè)溫儀

紅外測(cè)溫儀屬于非接觸式測(cè)溫，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，準(zhǔn)確度較高，可靠性較好；缺點(diǎn)是設(shè)備昂貴[6]，且需大量人力定期巡測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，另外受太陽(yáng)光的干擾測(cè)量誤差大。采用紅外測(cè)溫儀對(duì)裸露設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，受測(cè)量時(shí)間以及通過(guò)的電流等因素影響，并不能完全發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且對(duì)封閉開關(guān)柜內(nèi)的接觸點(diǎn)無(wú)法進(jìn)行測(cè)溫。

以上兩種測(cè)溫方式都不能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)各連接點(diǎn)溫度的變化情況，存在局限性。

3 溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1 技術(shù)原理

溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫度傳感器、監(jiān)測(cè)裝置以及集中監(jiān)控主機(jī)三部分組成[7]。其與被測(cè)設(shè)備連接方式見圖1。將溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測(cè)點(diǎn)上，一般固定在高壓設(shè)備、母線或?qū)w連接點(diǎn)、斷路器觸頭等位置，當(dāng)高壓設(shè)備運(yùn)行時(shí)，溫度傳感器自動(dòng)從高壓設(shè)備上感應(yīng)出微弱的電量，經(jīng)穩(wěn)壓處理后提供給測(cè)量和通信設(shè)備；溫度監(jiān)測(cè)裝置向溫度傳感器發(fā)射詢問指令脈沖，溫度傳感器接收后返回測(cè)量數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)裝置對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼計(jì)算后得出被測(cè)點(diǎn)溫度。如果被測(cè)點(diǎn)溫度超過(guò)預(yù)設(shè)的報(bào)警值，閃光燈將發(fā)出超溫報(bào)警信號(hào)；監(jiān)測(cè)裝置有RS485串行通信口與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連[8]進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可通過(guò)GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)或綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳集控中心。

3.2 應(yīng)用情況

某采油廠針對(duì)變電所6 kV回路以及負(fù)荷較大的進(jìn)、出線回路安裝溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括溫度傳感器、溫度監(jiān)測(cè)裝置（采集終端）及監(jiān)控主機(jī)，具體數(shù)據(jù)見表1。

圖1 溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖Fig.1 Application diagram of temperature on-line monitoring system

表1 某采油廠變電所溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝數(shù)量統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics on the installation number of temperature monitoring equipment at substations in an oil production plant

某采油廠在太南二變電所6 kV所有回路高壓鎧裝封閉開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸頭連接點(diǎn)加裝溫度傳感器（圖2），通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)裝置（圖3）對(duì)設(shè)備各接點(diǎn)運(yùn)行溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，變電所運(yùn)行人員從監(jiān)控計(jì)算機(jī)中的6 kV無(wú)線測(cè)溫遙測(cè)數(shù)據(jù)表中就能很方便查看各接點(diǎn)的運(yùn)行溫度及其變化情況。目前安裝的監(jiān)測(cè)設(shè)備已運(yùn)行3年，應(yīng)用效果良好，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)管理水平。

圖2 小車開關(guān)動(dòng)觸頭安裝溫度傳感器Fig.2 Temperature sensor installed for small car switch contacts

圖3 溫度測(cè)溫裝置Fig.3 Temperature measuring device

某采油廠針對(duì)變電所主變壓器低壓側(cè)和6 kV注水電動(dòng)機(jī)回路負(fù)荷電流大的特點(diǎn)，將溫度傳感器捆綁式安裝在其小車插頭的動(dòng)觸頭上，將采集到的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)通過(guò)射頻通信（無(wú)線傳輸）方式上傳到測(cè)溫采集終端，并可采集多組溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)小車柜內(nèi)部開關(guān)觸頭溫度。在葡一聯(lián)、葡二聯(lián)、葡三聯(lián)變電所安裝10套，目前設(shè)備運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)用效果良好。

2014年5月14日，葡一聯(lián)變電所主控室超溫報(bào)警閃光燈發(fā)出閃光報(bào)警，運(yùn)行值班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)注水電動(dòng)機(jī)7112回路溫度監(jiān)測(cè)裝置超溫報(bào)警（圖4）。經(jīng)查由于值班人員操作時(shí)小車開關(guān)未搖到位，造成動(dòng)、靜插頭插入處接觸不良而存在過(guò)熱現(xiàn)象，經(jīng)停電處理后恢復(fù)?？梢?，超溫報(bào)警功能可在第一時(shí)間提醒運(yùn)行人員注意并發(fā)現(xiàn)缺陷，避免了因過(guò)熱造成設(shè)備嚴(yán)重故障，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。

圖4 主控室超溫報(bào)警閃光燈亮Fig.4 Over-temperature alarm flash in main control room

3.3 效果分析

（1）溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，運(yùn)行人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)，可直觀判定設(shè)備運(yùn)行是否正常，提高了發(fā)現(xiàn)因溫度過(guò)熱造成設(shè)備缺陷的及時(shí)性和準(zhǔn)確性[9]。

（2）采集終端（溫度監(jiān)測(cè)裝置）接收到的數(shù)據(jù)可與設(shè)定值對(duì)比從而實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警等功能，有效防止因接觸不良等原因?qū)е略O(shè)備過(guò)熱事故的發(fā)生。

（3）溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝范圍可選擇全部安裝或只選擇在大負(fù)荷回路安裝，具有選擇性強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，還可達(dá)到節(jié)省投資的目的。

3.4 應(yīng)用范圍

溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)不僅可對(duì)斷路器動(dòng)靜觸頭連接點(diǎn)、母線連接點(diǎn)、隔離開關(guān)閘刀觸頭以及其他電氣設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線溫度監(jiān)測(cè)，還可用于干式變壓器、高壓電纜接頭等電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)，應(yīng)用前景非常廣泛。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）應(yīng)用溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可從根本上消除全封閉的電氣設(shè)備各接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)，解決以往無(wú)法檢測(cè)的問題。從本質(zhì)上改變運(yùn)行人員周期巡視接點(diǎn)溫度的管理模式，提高工作效率，節(jié)約人力、物力資源，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

（2）可根據(jù)溫度在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定電氣設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)而確定檢修周期及檢修項(xiàng)目，給變電所狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。

（3）溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可作為無(wú)人值守變電所的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的重要節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)[10]，給變電所的運(yùn)行監(jiān)控和缺陷收集提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

（4）溫度在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可讓變電運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障征兆，提前采取有效措施，這對(duì)保障設(shè)備運(yùn)行安全、提高供電可靠性具有重要的意義。