無線測溫系統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起著十分重要的作用，通過統計其配電盤的 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點的溫度變化，可提前發現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

   隨著油價的上下起伏，海上石油平臺的產量任務壓力日益增加，所以，對海上石油平臺電網的穩定性要求越來越高，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，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，防止出現大面積停電事故，保證油田的安全、穩定運行。同時，隨著社會經濟和科學技術的發展，物聯網技術實現了飛快發展，為電力無線測溫系統的實現提供了可能。

1 *性探討

   無線測溫采用了溫度數據無線傳輸的方式，利用無線聯網的方式，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、空氣潮濕環境的應用，不僅降低了成本，而且使測溫系統結構簡單明了，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熱故障的區域，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據具有很強的實時性，無線測溫系統也具備抗電磁干擾措施，保證此測溫系統的可靠性。

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境的特點，油田采用iSTM400智能無線測溫裝置系統，其裝置系統是專門開發于高壓帶電體的運行溫度實時監測，采用接觸式數字式溫度傳感器，ZigBee技術無線數據傳輸，低功耗設計、采用取能線圈供電等技術，真正實現了在線、實時、智能決策的無線溫度監測，且系統具有高壓隔離、多種告警遠傳手段、監測數據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總控主機可監測15臺開關柜。

2.1 iSTM400-M 總控主機

   接收iSTM-T3接收分機發出的信號，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、連續的溫度監測具有輸出功能和音響，具備記錄32個事件的SOE功能，可以在線查詢超溫的時間、日期并保存歷史數據，數據可作為運行經驗的積累和事故分析的依據。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）的實時溫度數據，并轉發至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，在停產檢修期間進行施工，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，對上下觸點和母排進行溫度的實時監測顯示及告警。某油田無線測溫裝置系統拓撲圖如圖 2 所示。

圖 2 某油田無線測溫裝置系統拓撲圖

   通過系統的成功搭建，iSTM400-M總控主機顯示屏每5s切換1個測溫盤柜，并循環顯示，同時，操作人員也可以設定溫度，一旦測量溫度超過溫度，顯示屏會立即發出信號，并鎖定盤柜及溫度顯示，確保運行人員了解盤柜的溫度，采取有效措施防止故障進一步擴大，同時，在測溫方面通過現場實際測溫與系統顯示溫度比對，其誤差在±1 ℃，滿足現場的使用需求。iSTM400-M總控主機顯示屏顯示數據如圖 3 所示。

圖 3 iSTM400-M 總控主機顯示屏顯示數據

4安科瑞無線測溫監控系統及產品在開關柜中的應用

4.1應用場景

          Acrel-2000T無線測溫監控系統，是我司根據電力設備安全性的要求，總結國內外的研究和生產的先進經驗，專門研制出的新一代無線測溫監控系統。本系統具有超溫告警等功能，可以幫助值班人員盡早發現問題，消除隱患，確保電力系統的安全運行。為電力設備的安全、經濟、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。

數據采集與處理（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）

及處理功能（設備狀態異常或故障、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據和設備狀態）

時鐘同步（北斗GPS納秒級，滿足間隔層子系統標準時鐘誤差不大于1ms）

人機聯系與運行管理（控制、查看、數據庫定義修改、確認、二次開發、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現場圖片

4.4測溫產品選型

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有效地解決了現有開關柜傳統測溫技術存在的缺陷，實現了封閉式開關柜發熱的接點部位和母排整體情況的實時在線監測，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，達到了在線監測的目的。同時，無線測溫系統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的掌握，實現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生的概率，保證了海上石油平臺電力系統的安全性、可靠性。

參考文獻

[1]苑舜.高壓開關設備狀態監測與診斷技術［M］.北京：機械工業出版社，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的應用研究［J］

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.5月版.