變電站設(shè)備室環(huán)境溫度的監(jiān)控方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王 凱，盧 斌，王魯劍

（東營(yíng)供電公司，山東 東營(yíng) 257091）

0 引言

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、通信及蓄電池等新技術(shù)的快速發(fā)展，變電站的現(xiàn)代化和自動(dòng)化水平均有了很大的提高，已成為電力系統(tǒng)的重要樞紐。同時(shí)，新技術(shù)與新設(shè)備的應(yīng)用對(duì)變電站的環(huán)境溫度提出了更高的要求，需要充分重視并采取相應(yīng)的措施[1]。本文分析了對(duì)變電站各設(shè)備室進(jìn)行溫度監(jiān)控的必要性，并設(shè)計(jì)了某變電站的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站各室的溫度情況，在溫度超過(guò)正常范圍時(shí)進(jìn)行報(bào)警，以便及時(shí)采取有效措施調(diào)節(jié)和控制各室溫度，本系統(tǒng)的投運(yùn)有望減少設(shè)備的損壞和故障的發(fā)生。

1 變電站溫度監(jiān)控的重要性

變電站設(shè)備室一般為封閉結(jié)構(gòu)，通風(fēng)效果差，會(huì)使環(huán)境溫度急劇升高，而此時(shí)冷卻系統(tǒng)又不能正常工作，這樣可能導(dǎo)致保護(hù)設(shè)備表面溫度過(guò)高、散熱性能較差，二次電纜表面溫度升高、老化嚴(yán)重、絕緣降低。長(zhǎng)久下去二次電纜極容易出現(xiàn)接地、短路等情況，一旦危及到交流、保護(hù)跳閘等重要二次回路，必將造成嚴(yán)重的后果，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行，造成不必要的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)對(duì)各設(shè)備室環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)二次電纜老化、絕緣降低，保護(hù)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度較高等潛在問(wèn)題，并采取有效的措施，使制冷設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行，及時(shí)排除設(shè)備安全隱患，將設(shè)備運(yùn)行溫度維持在允許范圍以內(nèi)，保障二次設(shè)備正常運(yùn)行，避免不必要的損失。因此，電力設(shè)備過(guò)熱是一個(gè)不容忽視的現(xiàn)象，有必要對(duì)變電站各室溫度進(jìn)行監(jiān)控。

以110/35/10 kV變電站為試驗(yàn)基地，對(duì)變電站各設(shè)備室進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，并經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，得到其全天的環(huán)境溫度曲線如圖1所示。

圖1 變電站設(shè)備室溫度隨時(shí)間變化的情況

結(jié)合圖1可知，變電站的站用電室及電容器室溫度較高。由圖2中該變電站的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖可以看出空調(diào)的通風(fēng)口已經(jīng)布滿了灰塵。長(zhǎng)久下去將對(duì)一次及二次設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的安全隱患。造成這種問(wèn)題的主要原因是缺乏統(tǒng)一有效的監(jiān)控手段，不能在遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站設(shè)備室的溫度情況。

圖2 通風(fēng)口現(xiàn)場(chǎng)圖

2 溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本例中主要采集110/35/10 kV變電站的主控室、站用電室、電容器室、10 kV及35 kV高壓室的環(huán)境溫度。合理分布溫度傳感器，將采集的設(shè)備室溫度數(shù)據(jù)通過(guò)中央信號(hào)屏備用遙信板傳送至后臺(tái)監(jiān)控中心，并更新后臺(tái)遙信數(shù)據(jù)庫(kù)及遠(yuǎn)動(dòng)主站遙信數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)各個(gè)設(shè)備室溫度超過(guò)各自溫度臨界點(diǎn)時(shí)，發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)給工作人員，以便及時(shí)處理。（例如信號(hào)“1號(hào)站用電室溫度過(guò)高”提醒工作人員及時(shí)檢查制冷系統(tǒng)。）

變電站溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于加裝溫度監(jiān)測(cè)裝置，即溫度傳感器的選擇、設(shè)計(jì)與分布。

2.1 溫度傳感器的選擇

常用的溫度傳感器主要有三種類型[2]：熱電偶、電阻溫度檢測(cè)器（Resistance Temperature Detector，RTD）和集成電路（Integrated Circuit，IC）溫度傳感器。三者特性分別如下：

1）熱電偶。具有低靈敏度、低穩(wěn)定性、中等精度、響應(yīng)速度慢以及非線性等特點(diǎn)，高溫下容易老化和漂移。另外，熱電偶需要外部參考端。

2）電阻溫度檢測(cè)器（RTD）。精度極高且具有中等線性度，特別穩(wěn)定，并有許多種配置[3]。但其最高工作溫度只能達(dá)到400℃左右；其溫度系數(shù)（Temperature Coefficient，TC）很大，且價(jià)格昂貴（是熱電偶的4～10倍）。

3）IC溫度傳感器。具有很高的線性度，集成功能復(fù)雜，能夠提供一個(gè)數(shù)字輸出。由于其IC集成特性，故成本較低，并可與常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)總線（例如I2C總線、SPI總線和SMBus等）連接。

通過(guò)以上比較，從經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性、有效性、對(duì)其他設(shè)備的干擾等幾個(gè)方面進(jìn)行全方位分析，可知IC溫度傳感器線性度高、能提供數(shù)字輸出，完全能滿足本系統(tǒng)的要求，且其價(jià)位較低，有利于降低系統(tǒng)成本，因此選擇IC溫度傳感器作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括數(shù)字輸出和模擬輸出兩種類型，分別如圖3和圖4所示。

圖3 數(shù)字式IC溫度傳感器

圖4 模擬式IC溫度傳感器

2.2 溫度傳感器感應(yīng)探頭的分布

溫度傳感器與溫度控制終端主要通過(guò)網(wǎng)線和單股銅芯線進(jìn)行連接。將網(wǎng)線和單股銅芯線布置在電纜夾層中，連接至中央信號(hào)屏。變電站各設(shè)備室中溫度傳感器的分布以實(shí)際采用溫度傳感器的測(cè)量范圍為參考依據(jù)，分布如圖5和圖6所示。

將溫度數(shù)據(jù)與保護(hù)后臺(tái)、遠(yuǎn)動(dòng)主站、調(diào)度聯(lián)通，當(dāng)設(shè)備室溫度過(guò)高時(shí)，向調(diào)度值班告警。

圖5 變電站一樓模擬圖

圖6 變電站二樓模擬圖

3 方案實(shí)施效果

圖7為監(jiān)控方案實(shí)施后變電站各室的溫度曲線圖。由圖可知，通過(guò)此項(xiàng)目的實(shí)施，可以有效地將各設(shè)備室的溫度控制在25℃與30℃之間，由絕緣材料老化機(jī)理可知，材料壽命隨溫度增加成指數(shù)規(guī)律下降，故本系統(tǒng)的運(yùn)行降低了由于二次設(shè)備本身及二次電纜發(fā)熱引起的變電事故的概率，例如有某設(shè)備室的二次控制電纜發(fā)熱，溫度很高，幸虧發(fā)現(xiàn)及時(shí)，才避免了控制電纜燒毀可能導(dǎo)致事故狀態(tài)下斷路器拒動(dòng)所引起惡性事故的發(fā)生。變電站設(shè)備運(yùn)行環(huán)境得到了良好的監(jiān)視，這不僅對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)于一次設(shè)備的正常運(yùn)行也起到了良好的監(jiān)護(hù)作用。在此項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，可以采用廢舊二次電纜作為信號(hào)連接線，利用廢舊變壓器油溫表部件做原材料，可降低項(xiàng)目成本，提高效率。

圖7 監(jiān)控方案實(shí)施后變電站各室溫度分布圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種變電站溫度監(jiān)控方案，解決了變電站設(shè)備室環(huán)境溫度不能遠(yuǎn)方監(jiān)控的問(wèn)題，對(duì)于設(shè)備室環(huán)境溫度過(guò)高造成的設(shè)備發(fā)熱等問(wèn)題起到了良好的監(jiān)測(cè)作用和預(yù)警功能，降低了由于設(shè)備溫度升高引起變電事故的幾率，提高了變電站運(yùn)行的可靠性。