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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：本文介紹了一種針對高中壓配電盤無線測溫與局部放電測量係統，利用該係統在中海油秦皇島32-6油田海上平台35kV配電盤和10.5kV 配(pei)電(dian)盤(pan)進(jin)行(xing)應(ying)用(yong)，通(tong)過(guo)母(mu)排(pai)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)及(ji)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)監(jian)測(ce)等(deng)功(gong)能(neng)，實(shi)現(xian)了(le)配(pei)電(dian)盤(pan)內(nei)母(mu)排(pai)溫(wen)度(du)和(he)盤(pan)內(nei)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)狀(zhuang)態(tai)的(de)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，該(gai)技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)代(dai)替(ti)人(ren)工(gong)進(jin)行(xing)帶(dai)電(dian)母(mu)排(pai)溫(wen)度(du)及(ji)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，大(da)幅(fu)降(jiang)低(di)人(ren)員(yuan)頻(pin)繁(fan)檢(jian)測(ce)的(de)勞(lao)動(dong)強(qiang)度(du)及(ji)電(dian)氣(qi)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)。
關鍵詞：海上油田 母排溫度 局部放電 無線監測
0 引言
海hai上shang油you田tian電dian力li係xi統tong是shi海hai上shang石shi油you平ping台tai的de動dong力li命ming脈mai和he開kai發fa生sheng產chan的de基ji礎chu，在zai整zheng個ge供gong配pei電dian係xi統tong中zhong，配pei電dian盤pan是shi重zhong要yao的de環huan節jie之zhi一yi。由you於yu配pei電dian盤pan一yi般ban為wei密mi閉bi係xi統tong，散san熱re條tiao件jian差cha，再zai加jia上shang用yong電dian設she備bei長chang期qi滿man負fu荷he甚shen至zhi超chao負fu荷he運yun行xing，導dao致zhi發fa熱re量liang過guo大da，熱re積ji累lei加jia劇ju，從cong而er引yin發fa破po壞huai櫃gui內nei設she備bei絕jue緣yuan部bu件jian短duan路lu、火災等重大安全生產事故。另外，高、中壓設備絕緣不佳、安(an)裝(zhuang)缺(que)陷(xian)及(ji)安(an)全(quan)距(ju)離(li)等(deng)原(yuan)因(yin)，將(jiang)會(hui)造(zao)成(cheng)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)發(fa)生(sheng)，隨(sui)著(zhe)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)發(fa)展(zhan)，如(ru)不(bu)及(ji)時(shi)發(fa)現(xian)，很(hen)有(you)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)盤(pan)櫃(gui)損(sun)毀(hui)。相(xiang)較(jiao)於(yu)陸(lu)地(di)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)，海(hai)上(shang)采(cai)油(you)平(ping)台(tai)因(yin)空(kong)間(jian)限(xian)製(zhi)，配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)無(wu)法(fa)按(an)照(zhao)陸(lu)地(di)電(dian)網(wang)配(pei)電(dian)架(jia)構(gou)配(pei)置(zhi)足(zu)夠(gou)的(de)備(bei)用(yong)設(she)備(bei)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)35 KV及ji以yi下xia的de中zhong低di壓ya係xi統tong，無wu法fa實shi現xian周zhou期qi性xing的de倒dao閘zha停ting電dian檢jian查zha與yu維wei護hu，因yin此ci實shi施shi在zai線xian的de實shi時shi監jian測ce與yu狀zhuang態tai分fen析xi就jiu顯xian得de尤you為wei重zhong要yao。同tong時shi，通tong過guo實shi時shi的de監jian測ce數shu據ju分fen析xi，可ke以yi為wei配pei電dian係xi統tong開kai展zhan計ji劃hua性xing檢jian修xiu提ti供gong必bi要yao的de數shu據ju指zhi導dao，從cong而er使shi得de停ting電dian檢jian修xiu更geng有you針zhen對dui性xing，減jian少shao非fei必bi要yao的de停ting產chan對dui海hai上shang油you田tian穩wen定ding生sheng產chan尤you為wei重zhong要yao。
該係統在中海油秦皇島32-6油田海上平台35 kV 配電盤和10.5 kV 配電盤進行應用，係統包含了母排無線測溫及局部放電監測等功能，能夠便捷、有效地實時監測配電盤內母排溫度和盤內局部放電情況，能夠及時判斷威脅開關盤的安全隱患，降低設備事故率，*大限度避免直接和間接經濟損失。
1 係統組成與原理簡介
安裝在配電盤無線測溫及局部放電監測裝置主要分為三部分：控製箱、無線測溫傳感器、局部放電監測傳感器。以本次安裝的中海油海上平台為例，總計在4麵35 kV和25麵10.5 kV 配電盤母排和電纜進出線銅排上各設置3個無源無線測溫傳感器，通過不鏽鋼紮帶和螺紋膠固定，防止鬆脫脫落而造成短路風險；每麵 35 kV 和 10.5 kV 配電盤內都配有一個有源無線局部放電傳感器，局部放電傳感器安裝貼櫃側壁板，由櫃內AC220 轉 DC12 V 電源模塊供電。控製箱內安裝有溫度無線接收模塊，用以接收各盤櫃內溫度傳 感器傳送的數據，控製箱內配有PLC模塊，PLC通過對各模塊尋址讀取各盤櫃母排溫度，並通過顯示器進行顯示。控製箱內裝有無線數傳電台用以接收局部放電傳感器的數據，再通過 SIS413 將 RS232 協議轉換為 RS485 協議，由控製箱內 PLC 對局部放電傳感器尋址讀取數據進行處理，將局部放電相關數據、報警等數據在顯示器上進行顯示。如下圖 1 所述關係：
圖 1 線溫度及局部放電測量係統示意圖
1.1無線測溫
無線測溫係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主要部分構成。測溫數 jucaijishijiyuganyingshiyuanli，tongguochuanganqishixianduimupaizhongyaobuweiwendudeceliang。tongxinzhongduanduicewenzhongduanfachumingling，jiangwenduzhidengxinxichuanshudaowuxiantongxindezhuyaoguanlibuwei。tongxinzhongduanshiqitalianggebufendejinxingjiaohuandezhuyaojigou，nenggoutongguoduixinxideshoujizaijingguowuxianjiangxinxifasongzhicewenxianchangxianshizhongduan，shoudaoshujuhouzai 轉發給通信管理，進而實現數據的轉換，也保證了數據的完整與可靠。
無線溫度傳感器主要是指放置在各測溫點的無線信號發送、接收裝置和無線溫度測量裝置，本應用的無線測溫技術，選擇阿米特 AT-Ⅱ-C5 型無線溫度傳感器。每個無線傳感器設置有 ID 編號，將編號存入到計算機數據庫中，測量溫度範圍設置為-50℃~125℃。本係統溫度傳感器地址按照16進製進行編碼，無線測溫收發器通過讀取ID來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，用於固定合金片；4-取電合金片，用於感應取電； 5-配件，用於支撐合金片；6-合金片安裝孔，用於安裝合金片）
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
測(ce)溫(wen)通(tong)信(xin)終(zhong)端(duan)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)主(zhu)要(yao)負(fu)責(ze)接(jie)收(shou)無(wu)線(xian)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)傳(chuan)輸(shu)的(de)溫(wen)度(du)數(shu)據(ju)，並(bing)將(jiang)數(shu)據(ju)上(shang)傳(chuan)到(dao)遠(yuan)程(cheng)管(guan)理(li)計(ji)算(suan)機(ji)工(gong)作(zuo)站(zhan)中(zhong)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)終(zhong)端(duan)的(de)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)，通(tong)常(chang)一(yi)個(ge)終(zhong)端(duan)*多管理 100 個測溫探頭。溫度在線監測工作站，主要是指一台裝有管理終端的計算機，計算機通過 RS485 串(chuan)口(kou)或(huo)者(zhe)互(hu)聯(lian)網(wang)與(yu)測(ce)溫(wen)通(tong)信(xin)終(zhong)端(duan)建(jian)立(li)連(lian)接(jie)，實(shi)時(shi)對(dui)各(ge)監(jian)測(ce)點(dian)運(yun)行(xing)溫(wen)度(du)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)監(jian)控(kong)比(bi)對(dui)，對(dui)監(jian)測(ce)點(dian)的(de)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)，一(yi)旦(dan)發(fa)現(xian)溫(wen)度(du)過(guo)熱(re)和(he)急(ji)劇(ju)升(sheng)高(gao)，立(li)即(ji)報(bao)警(jing)。
1.2 局放監測
當絕緣材質發生局部放電時，放電效應會對周圍材質進行不斷侵蝕，*終zhong導dao致zhi整zheng個ge絕jue緣yuan係xi統tong的de失shi效xiao，進jin而er對dui電dian網wang係xi統tong的de安an全quan運yun行xing造zao成cheng威wei脅xie。因yin此ci了le解jie好hao局ju部bu放fang電dian的de產chan生sheng原yuan理li和he類lei型xing，利li用yong合he適shi的de檢jian測ce方fang法fa對dui其qi檢jian測ce，做zuo好hao預yu防fang工gong作zuo，避bi免mian發fa生sheng嚴yan重zhong事shi故gu。
局部放電監測主要通過暫態對地電壓監測和超聲法監測兩種方式綜合判斷。
1)暫態地電壓監測原理：
當(dang)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)活(huo)動(dong)出(chu)現(xian)在(zai)高(gao)壓(ya)配(pei)電(dian)盤(pan)當(dang)中(zhong)時(shi)，它(ta)會(hui)產(chan)生(sheng)無(wu)線(xian)電(dian)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)，它(ta)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)金(jin)屬(shu)外(wai)殼(ke)上(shang)的(de)開(kai)孔(kong)，從(cong)配(pei)電(dian)盤(pan)內(nei)泄(xie)漏(lou)到(dao)外(wai)表(biao)麵(mian)。這(zhe)些(xie)開(kai)孔(kong)可(ke)以(yi)是(shi)外(wai)殼(ke)或(huo)密(mi)封(feng)墊(dian)圈(quan)或(huo)其(qi)它(ta)絕(jue)緣(yuan)部(bu)件(jian)周(zhou)圍(wei)的(de)間(jian)隙(xi)。
當電磁波傳播到配電盤外麵時，它會在接地的金屬外殼上對地產生暫態電壓。暫態地電壓 (TEV)在zai幾ji個ge毫hao伏fu至zhi幾ji伏fu的de範fan圍wei內nei，存cun在zai時shi間jian很hen短duan，隻zhi有you幾ji個ge納na秒miao的de上shang升sheng時shi間jian。可ke以yi在zai配pei電dian盤pan正zheng在zai工gong作zuo時shi，將jiang探tan頭tou放fang在zai配pei電dian盤pan的de表biao麵mian，采cai用yong這zhe種zhong非fei侵qin入ru方fang式shi來lai檢jian測ce局ju部bu放fang電dian活huo動dong。
2)超聲法監測原理：
jiezhifashengjubufangdianshi，qishunjianshifangdenengliangshifenzijianchanshengjuliepengzhuang，bingzaihongguanshangxingchengyizhongyalichanshengchaoshengbomaichong，cishijubufangdianyuanrutongyigeshengyuan， 向外發出超聲波。由於放電持續時間很短，所以其發射的聲源頻譜很寬，可以達到數百千赫茲， 另外由於超聲波波長較短，因此它的方向性較強， 從而它的能量較為集中，可以從配電盤縫隙處檢測到有效的超聲信號，進行對局部放電的診斷。 利用以上兩個基本原理製成的監測傳感器，能有效實現對局部放電的實時監測。
圖 5 無線數傳電台
如圖 5 所示，無線數傳電台的主要作用是接收無線局部放電傳感器的數據，通過SIS413協議轉換器將 RS232 轉換為RS485，然後將數據傳給PLC進行處理。以下為各端口說明：
1-SMA 天線接口，外螺內孔
2-模式選擇撥碼開關
3-DC 電源接口（5.5*2.1），接 DC8~28V 電 源，（3 和 6 同時隻接一個）
4-RS232 接口（RS232 和 RS485 同時隻能 用一個）
5-RS485 接口（RS232 和 RS485 同時隻能 用一個）
6-DC 電源接口，接 DC8~28V 電源（3 和 6 同時隻能接一個）
7-電源指示燈
8-串口發送指示燈
9-串口接收指示燈
如圖6，控製箱主要功能為數據處理、數據轉發、報警顯示、數據顯示等功能。控製箱內配置有PLC、無線測溫收發器、無線數傳電台等關鍵器件，PLC 通過對無線溫度收發器和無線數傳電台對現場各無線溫度和局部放電傳感器固定的16進製地址進行尋址讀取，然後由PLC對數據進行處理。顯示器主要將PLC 處理的結果進行顯示。
圖 6 母排無線測溫及配電盤局部放電監測控製箱
2 係統優點
2.1 數據準確，即時傳輸，能夠識別參數變化趨勢
無線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準確；同(tong)時(shi)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)監(jian)測(ce)是(shi)通(tong)過(guo)暫(zan)態(tai)對(dui)地(di)電(dian)壓(ya)監(jian)測(ce)和(he)超(chao)聲(sheng)法(fa)監(jian)測(ce)兩(liang)種(zhong)方(fang)式(shi)綜(zong)合(he)判(pan)斷(duan)，並(bing)且(qie)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)探(tan)頭(tou)放(fang)置(zhi)在(zai)盤(pan)櫃(gui)內(nei)部(bu)，相(xiang)比(bi)於(yu)之(zhi)前(qian)的(de)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)儀(yi)外(wai)部(bu)測(ce)量(liang)也(ye)更(geng)加(jia)準(zhun)確(que)。此(ci)係(xi)統(tong)將(jiang)母(mu)排(pai)溫(wen)度(du)和(he)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)數(shu)據(ju)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)溫(wen)度(du)和(he)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)傳(chuan)輸(shu)到(dao) PLC 內進行處理和計算。顯示器將各母排溫度和盤內局部放電即時數據、報警信息、變化曲線情況都清晰的展現出來。
2.2 安全且高效的智能化采集代替人工測量和檢查
chuantongderechengxianghejubufangdianceliang，doushiyaotongguorechengxiangyihejubufangdianyijinxingrengongceliang，erqieshimeigeyuecaijinxingyici，feichangdefeishifeili，bingqiedoushizaiwaibu，shujucaijiganraoyinsuhenduo，shujuwangwangbugoutiejinxianchangdeshijiqingkuang。rechengxiangzhinengtongguoguanchakongjiance， 數(shu)據(ju)正(zheng)確(que)性(xing)差(cha)，隻(zhi)能(neng)通(tong)停(ting)電(dian)並(bing)拆(chai)開(kai)櫃(gui)門(men)檢(jian)修(xiu)外(wai)觀(guan)和(he)緊(jin)固(gu)檢(jian)查(zha)，不(bu)能(neng)準(zhun)確(que)判(pan)斷(duan)設(she)備(bei)發(fa)熱(re)狀(zhuang)態(tai)。通(tong)過(guo)配(pei)電(dian)盤(pan)無(wu)線(xian)測(ce)溫(wen)及(ji)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)的(de)應(ying)用(yong)，不(bu)僅(jin)實(shi)現(xian)了(le)溫(wen)度(du)和(he)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)，同(tong)時(shi)也(ye)大(da)大(da)的(de)節(jie)省(sheng)了(le)人(ren)力(li)，很(hen)大(da)的(de)方(fang)便(bian)了(le)現(xian)場(chang)的(de)工(gong)作(zuo)。另(ling)外(wai)， 通過無線局放實時監測，避免人員開蓋檢測而造成的觸電風險。
2.3 無線傳輸，保證了高中壓配電盤的完整性和安全性
duiyuanpeidianxitonggaizaoshengjihou，panneiwenduhejubufangdianchuanganqiquandoucaiquwuxianchuanshufangshi，bimianleduizengjiadedianlanjichuanduigaozhongpanmupaianquanyunxingzaochenganquanweixie。lingwai，wuxianchuanshu，wuxuduipanguikaikong，baozhenglepanguidefanghudengjihebenzhianquan。gaixitongnenggoujishifaxianshebeiqianzaideyinhuan，yidanfaxianyingxiangshebeizhengchangyunxingdeyinhuan，xianchangjiangzhidingzhenggaijihua，jishijiuzhengshebeizhuangtai，tishenggaozhongyapananquanxinghewendingxing。gaixitongzuoweigaozhongyapanshishi“體檢醫生”，可以避免因為未察覺的重大隱患而導致配電盤損壞，從而避免了因生產電力係統故障，給能源企業造成巨大損失。
3、安科瑞溫度在線監測係統解決方案
3.1、概述
電氣接點在線測溫裝置適用於高低壓開關櫃內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、幹式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監測，防止在運行過程中因氧化、鬆動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續、準確反映設備運行狀態，降低設備事故率。
Acrel-2000T無線測溫監控係統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通訊，係統設計遵循國際標準Modbus-RTU、Modbus-TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開放性都得到了較大地提高。該係統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能，可以監控無線測溫係統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
3.2、應用場所
適合在泛在電力物聯網、鋼廠、化工、水泥、數據中心、醫院、機場、電廠、煤礦等廠礦企業、變配電所等電力設備的溫度監測。
3.3、係統結構
溫度在線監測係統結構圖
3.4、係統功能
測溫係統主機Acrel-2000T安裝於值班監控室，可以遠程監視係統內所有開關設備運行溫度狀態。係統具有以下主要功能：
1）溫度顯示：顯示配電係統內每個測溫點的實時值，也可實現電腦WEB/手機APP遠程查看數據。
2）溫度曲線：查看每個測溫點的溫度趨勢曲線。
3）運行報表：查詢及打印各測溫點指定時間的溫度數據。
4）實時告警：係統能夠對各測溫點異常溫度發出告警。係統具有實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警，告警方式有彈窗、語音告警等，還可以短信/APP推送告警消息，及時提醒值班人員。
5）曆史事件查詢：能夠溫度越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析等。
3.5、係統硬件配置
溫度在線監測係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關以及站控層的測溫係統主機組成，實現變配電係統關鍵電氣部位的溫度在線監測。
4 結語
母排無線測溫及配電盤局部放電監測係統作 為主動監測電氣設備局部放電及溫度檢測係統， 其抗幹擾能力強，監測數據準確，同時能夠提供 多種報警方式。母排無線測溫及配電盤局部放電 監測係統的*大優勢在於，能夠全天候實時監控 配電盤母排溫度及內部局部放電情況，真實反映 出設備運行狀態。當發生異常情況時，現場人員 可以及時對設備進行幹預，大幅降低經濟損失及 事故發生幾率，保證了電氣設備的平穩運行，具 有較大的經濟和社會效益，將助力我國海上油田 油氣開發生產事業。
參考文獻
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[3]紀小鬆,電氣設備無線測溫技術的優勢與應用[J]. 電工技術, 2019(04): 73-74.
[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022年05版.
作者簡介
尤兵兵，現任職於安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電監測的研究與應用。
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