無線測溫系統(tǒng)在海上石油平臺高壓配電盤的應用

摘 要：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引起，由于配電盤內部空間封閉狹小，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 無線傳感技術進行實時檢測時配電盤內重要節(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。

   關鍵詞：ZigBee；配電盤；無線測溫；石油平臺

引言

   隨著國際油價的上下起伏，海上石油平臺的產(chǎn)量任務壓力日益增加，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構，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，易造成熱量集結加劇，溫升直接損害電氣設備的電氣絕緣能力，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，埋下了較大的安全隱患。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部過熱而導致的火災，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)濟和科學技術的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術實現(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。

1 *性探討

   無線測溫采用了溫度數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)姆绞剑脽o線聯(lián)網(wǎng)的方式，一點對應多點，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)境的應用，不僅降低了成本，而且使測溫系統(tǒng)結構簡單明了，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。

2 特點和組成

   通過對無線通信藍牙、WiFi、ZigBee、UWB、FM 等的比較，結合海上石油平臺自身環(huán)境的特點，油田采用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技術無線數(shù)據(jù)傳輸，低功耗設計、采用取能線圈供電等技術，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溫度采集模塊構成，1臺iSTM400-M總控主機可監(jiān)測15臺開關柜。

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換，并顯示在LED的顯示屏上，直觀顯示斷路器觸頭、設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接收分機專門應用于iSTM400，其接收對應開關柜相應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，應用于測量開關柜斷路器靜觸頭接點的溫度，采用 ZigBee無線傳輸方式，傳感器采用高壓側自具電源，在一次電流≥50A 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)的應用

   海上石油平臺某油田應用了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內的控制室安裝完成iSTM-T3 接收分機，在主開間上位機機柜內安裝完成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5s切換1個測溫盤柜，并循環(huán)顯示，同時，操作人員也可以設定報警溫度，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安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及產(chǎn)品在開關柜中的應用

4.1應用場景

          Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力設備安全性的要求，總結國內外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，專門研制出的新一代無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保電力系統(tǒng)的安全運行。為電力設備的安全、經(jīng)濟、可靠運行提供了全新的解決方案。

4.2主要功能

   電氣接點在線測溫裝置適用于高低壓開關柜內電纜接頭、斷路器觸頭、刀閘開關、高壓電纜中間頭、干式變壓器、低壓大電流等設備的溫度監(jiān)測，防止在運行過程中因氧化、松動、灰塵等因素造成接點接觸電阻過大而發(fā)熱成為安全隱患，提高設備安全保障，及時、持續(xù)、準確反映設備運行狀態(tài)，降低設備事故率。

數(shù)據(jù)采集與處理（模擬量、開關量、電度、SOE、定值）

控制操作（斷路器、隔離開關、分接頭、復歸）

報警及處理功能（設備狀態(tài)異常或故障、測量值越限，聲音、顏色、閃爍）

事件順序記錄SOE（分合閘記錄、保護及自動裝置的動作順序記錄）

遠動功能（為調度中心提供相關運行數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)）

時鐘同步（北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統(tǒng)標準時鐘誤差不大于1ms）

人機聯(lián)系與運行管理（控制、查看、數(shù)據(jù)庫定義修改、報警確認、二次開發(fā)、事故記錄檢索、在線設備管理）

與其他設備接口（微機保護、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調度）

4.3現(xiàn)場圖片

4.4測溫產(chǎn)品選型

5 結束語

   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)有開關柜傳統(tǒng)測溫技術存在的缺陷，實現(xiàn)了封閉式開關柜發(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備過熱，進而造成設備損壞的情況，達到了在線監(jiān)測的目的。同時，無線測溫系統(tǒng)的安裝和應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變，大大降低了非計劃性關停發(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。

參考文獻

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

[2]劉詩揚，張樹健海上石油平臺封閉式中高壓配電盤無線測溫系統(tǒng)的應用研究［J］

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.5月版.

作者介紹：
張心志，男，安科瑞電氣股份有限公司