【節(jié)能學(xué)院】無線測溫系統(tǒng)在海上石油平臺高壓配電盤的應(yīng)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(jì)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(jìn)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(jìn)行實(shí)時檢測時配電盤內(nèi)重要節(jié)點(diǎn)的溫度變化，可提前發(fā)現(xiàn)隱患并采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防維護(hù)，從而減少損失。

關(guān)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(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(fù)荷的運(yùn)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(diǎn)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(nèi)部過熱而導(dǎo)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(yùn)行。同時，隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛快發(fā)展，為電力無線測溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。

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(diǎn)對應(yīng)多點(diǎn)，避免了施工周期長、施工復(fù)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(yùn)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(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行時的溫度信息，并使測量到的溫度數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的實(shí)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。

特點(diǎn)和組成

通過對無線通信藍(lán)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(diǎn)，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(yùn)行溫度實(shí)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(jì)、采用取能線圈供電等技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了在線、實(shí)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(yuǎn)傳手段、監(jiān)測數(shù)據(jù)后臺智能處理等特點(diǎn)。

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

2.1 iSTM400-M總控主機(jī)

接收iSTM-T3接收分機(jī)發(fā)出的信號，并將接收的信號進(jìn)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(shí)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(jī)

iSTM-T3接收分機(jī)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(shí)時溫度數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)至iSTM400-M總控主機(jī)。

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(hù)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(diǎn)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≥50A 時均可正常運(yùn)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

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(jìn)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(jìn)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(jī)，在主開間上位機(jī)機(jī)柜內(nèi)安裝完成iSTM400-M總控主機(jī)，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(diǎn)和母排進(jìn)行溫度的實(shí)時監(jiān)測顯示及告警。某油田無線測溫裝置系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖 2 所示。

圖2某油田無線測溫裝置系統(tǒng)拓?fù)鋱D

通過系統(tǒng)的成功搭建，iSTM400-M總控主機(jī)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(shè)定報警溫度，一旦測量溫度超過報警溫度，顯示屏?xí)⒓窗l(fā)出報警信號，并鎖定報警盤柜及溫度顯示，確保運(yùn)行人員了解報警盤柜的溫度，采取有效措施防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大，同時，在測溫方面通過現(xiàn)場實(shí)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(jī)顯示屏顯示數(shù)據(jù)如圖 3 所示。

圖3 iSTM400-M總控主機(jī)顯示屏顯示數(shù)據(jù)

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)及產(chǎn)品在開關(guān)柜中的應(yīng)用

4.1應(yīng)用場景

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力設(shè)備安全性的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，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(yùn)行。為電力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行提供了全新的解決方案。

4.2主要功能

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

數(shù)據(jù)采集與處理（模擬量、開關(guān)量、電度、SOE、定值）

控制操作（斷路器、隔離開關(guān)、分接頭、復(fù)歸）

報警及處理功能（設(shè)備狀態(tài)異?；蚬收?、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(hù)及自動裝置的動作順序記錄）

遠(yuǎn)動功能（為調(diào)度中心提供相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)）

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

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

與其他設(shè)備接口（微機(jī)保護(hù)、電力儀表、直流屏、故障錄波儀、模擬屏、調(diào)度）

4.3現(xiàn)場圖片

4.4測溫產(chǎn)品選型

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(shí)現(xiàn)了封閉式開關(guān)柜發(fā)熱的接點(diǎn)部位和母排整體情況的實(shí)時在線監(jiān)測，避免了因負(fù)荷變化而引起的設(shè)備過熱，進(jìn)而造成設(shè)備損壞的情況，達(dá)到了在線監(jiān)測的目的。同時，無線測溫系統(tǒng)的安裝和應(yīng)用保證了運(yùn)行人員對封閉式中高壓配電盤運(yùn)行狀態(tài)的掌握，實(shí)現(xiàn)了檢修人員從計(jì)劃檢修到預(yù)防性檢修的轉(zhuǎn)變，大大降低了非計(jì)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。