无线测温系统在海上石油平台高压配电盘的应用
时间：2023-12-01 阅读：232
摘要：海上石油平台的封闭式中高压配电盘在平台电力系统起着十分重要的作用，通过统计其配电盘的 大部分故障为前期的热效应引起，由于配电盘内部空间封闭狭小，所以无法进行人工巡查测温，这给油田的供电系统埋下了一定的潜在隐患。因此，基于油田利用ZigBee 无线传感技术进行实时检测时配电盘内重要节点的温度变化，可提前发现隐患并采取有效的措施进行预防维护，从而减少损失。
关键词：ZigBee；配电盘；无线测温；石油平台。
随着国际油价的上下起伏，海上石油平台的产量任务压力日益增加，所以，对海上石油平台电网的稳定性要求越来越高，而海上石油平台的中高压配电盘大部分采用全封闭式结构，全封闭式的高压配电盘长期处于高负荷的运行状态，散热效果差，易造成热量集结加剧，温升直接损害电气设备的电气绝缘能力，常出现电气接头表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、触点和母线排连接处老化等问题，埋下了较大的安全隐患。因此，如果能有效监控中高压配电盘母排、电缆接头，则可以杜绝因配电盘内部过热而导致的火灾，防止出现大面积停电事故，保证油田的安全、稳定运行。同时，随着社会经济和科学技术的发展，物联网技术实现了飞快发展，为电力无线测温系统的实现提供了可能。无线测温采用了温度数据无线传输的方式，利用无线联网的方式，一点对应多点，避免了施工周期长、施工复杂、效率低等问题，特别是针对海上石油平台交通不便、空间狭小、空气潮湿环境的应用，不仅降低了成本，而且使测温系统结构简单明了，同时，其测温模块具有良好的绝缘性，不会影响高压开关柜高、中压室本身的绝缘性能，保证了配电盘的正常运行。无线传感器因其体积小，可以方便地安装在中高压配电盘触头或母排表面，尤其是安装在设备上容易发热故障的区域，同时，无线传感器能较为准确地反映设备运行时的温度信息，并使测量到的温度数据具有很强的实时性，无线测温系统也具备抗电磁干扰措施，保证此测温系统的可靠性。
通过对无线通信蓝牙、WiFi、ZigBee、UWB、FM 等的比较，结合海上石油平台自身环境的特点，油田采用iSTM400智能无线测温装置系统，其装置系统是专门开发于高压带电体的运行温度实时监测，采用接触式数字式温度传感器，ZigBee技术无线数据传输，低功耗设计、采用取能线圈供电等技术，真正实现了在线、实时、智能决策的无线温度监测，且系统具有高压隔离、多种告警远传手段、监测数据后台智能处理等特点。
iSTM400智能无线测温装置由iSTM400-M总控主机、iSTM-T3接收分机、iSTM-S3温度采集模块构成，1台iSTM400-M总控主机可监测15台开关柜。
2.1 iSTM400-M 总控主机
接收iSTM-T3接收分机发出的信号，并将接收的信号进行转换，并显示在LED的显示屏上，直观显示断路器触头、设备和母线温度的具体位置及名称，实时、连续的温度监测具有报警输出功能和报警音响，具备记录32个事件的SOE功能，可以在线查询超温报警的时间、日期并保存历史数据，数据可作为运行经验的积累和事故分析的依据。此外，还具有温度和温升2种显示模式，方便用户查阅和管理。
2.2 iSTM-T3 接收分机
iSTM-T3接收分机专门应用于iSTM400，其接收对应开关柜相应的无线测温采集模块（测温传感器）的实时温度数据，并转发至iSTM400-M总控主机。
2.3 无线温度采集模块iSTM-S3
无线传感器内部经过特殊工艺处理，温度采集模块由CT电流互感器、滤波整流保护电路、稳压电路、温度测量、通讯电路等组成，应用于测量开关柜断路器静触头接点的温度，采用 ZigBee无线传输方式，传感器采用高压侧自具电源，在一次电流≥50A 时均可正常运作，无需外加电源，具体如图 1 所示。
图 1 无线温度采集模块（测温传感器）iSTM-S3 安装示意图
海上石油平台某油田应用了iSTM400智能无线测温装置系统，在停产检修期间进行施工，总共对VCB101～104、VCB108～110、VCB112～114、高压 PT 柜、1#PT 柜、2#PT柜等共13面进行了无线测温采集模块的安装，在VCB105和VCB108内的控制室安装完成iSTM-T3 接收分机，在主开间上位机机柜内安装完成iSTM400-M总控主机，成功搭建起了覆盖中高压母排和触头的无线测温系统，对上下触点和母排进行温度的实时监测显示及告警。某油田无线测温装置系统拓扑图如图 2 所示。
图 2 某油田无线测温装置系统拓扑图
通过系统的成功搭建，iSTM400-M总控主机显示屏每5s切换1个测温盘柜，并循环显示，同时，操作人员也可以设定报警温度，一旦测量温度超过报警温度，显示屏会立即发出报警信号，并锁定报警盘柜及温度显示，确保运行人员了解报警盘柜的温度，采取有效措施防止故障进一步扩大，同时，在测温方面通过现场实际测温与系统显示温度比对，其误差在±1 ℃，满足现场的使用需求。iSTM400-M总控主机显示屏显示数据如图 3 所示。
图 3 iSTM400-M 总控主机显示屏显示数据
4.1应用场景
Acrel-2000T无线测温监控系统，是我司根据电力设备安全性的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的新一代无线测温监控系统。本系统具有超温告警等功能，可以帮助值班人员尽早发现问题，消除隐患，确保电力系统的安全运行。为电力设备的安全、经济、可靠运行提供了全新的解决方案。
4.2主要功能
电气接点在线测温装置适用于高低压开关柜内电缆接头、断路器触头、刀闸开关、高压电缆中间头、干式变压器、低压大电流等设备的温度监测，防止在运行过程中因氧化、松动、灰尘等因素造成接点接触电阻过大而发热成为安全隐患，提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态，降低设备事故率。
数据采集与处理（模拟量、开关量、电度、SOE、定值）
控制操作（断路器、隔离开关、分接头、复归）
报警及处理功能（设备状态异常或故障、测量值越限，声音、颜色、闪烁）
事件顺序记录SOE（分合闸记录、保护及自动装置的动作顺序记录）
远动功能（为调度中心提供相关运行数据和设备状态）
时钟同步（北斗GPS纳秒级，满足间隔层子系统标准时钟误差不大于1ms）
人机联系与运行管理（控制、查看、数据库定义修改、报警确认、二次开发、事故记录检索、在线设备管理）
与其他设备接口（微机保护、电力仪表、直流屏、故障录波仪、模拟屏、调度）
4.3现场图片
4.4测温产品选型
海上石油平台封闭式中高压配电盘无线测温系统有效地解决了现有开关柜传统测温技术存在的缺陷，实现了封闭式开关柜发热的接点部位和母排整体情况的实时在线监测，避免了因负荷变化而引起的设备过热，进而造成设备损坏的情况，达到了在线监测的目的。同时，无线测温系统的安装和应用保证了运行人员对封闭式中高压配电盘运行状态的掌握，实现了检修人员从计划检修到预防性检修的转变，大大降低了非计划性关停发生的概率，保证了海上石油平台电力系统的安全性、可靠性。