變電站設備室環境溫度的監控方案設計及應用

王 凱，盧 斌，王魯劍

（東營供電公司，山東 東營 257091）

0 引言

近年來，隨著計算機、通信及蓄電池等新技術的快速發展，變電站的現代化和自動化水平均有了很大的提高，已成為電力系統的重要樞紐。同時，新技術與新設備的應用對變電站的環境溫度提出了更高的要求，需要充分重視并采取相應的措施[1]。本文分析了對變電站各設備室進行溫度監控的必要性，并設計了某變電站的溫度監控系統，實時監測變電站各室的溫度情況，在溫度超過正常范圍時進行報警，以便及時采取有效措施調節和控制各室溫度，本系統的投運有望減少設備的損壞和故障的發生。

1 變電站溫度監控的重要性

變電站設備室一般為封閉結構，通風效果差，會使環境溫度急劇升高，而此時冷卻系統又不能正常工作，這樣可能導致保護設備表面溫度過高、散熱性能較差，二次電纜表面溫度升高、老化嚴重、絕緣降低。長久下去二次電纜極容易出現接地、短路等情況，一旦危及到交流、保護跳閘等重要二次回路，必將造成嚴重的后果，影響電網正常運行，造成不必要的經濟財產損失。通過對各設備室環境溫度的實時監控，實時掌握設備運行情況，可及時發現二次電纜老化、絕緣降低，保護設備運行環境溫度較高等潛在問題，并采取有效的措施，使制冷設備恢復正常運行，及時排除設備安全隱患，將設備運行溫度維持在允許范圍以內，保障二次設備正常運行，避免不必要的損失。因此，電力設備過熱是一個不容忽視的現象，有必要對變電站各室溫度進行監控。

以110/35/10 kV變電站為試驗基地，對變電站各設備室進行溫度數據采集，并經過統計分析，得到其全天的環境溫度曲線如圖1所示。

圖1 變電站設備室溫度隨時間變化的情況

結合圖1可知，變電站的站用電室及電容器室溫度較高。由圖2中該變電站的現場設備圖可以看出空調的通風口已經布滿了灰塵。長久下去將對一次及二次設備的穩定運行造成極大的安全隱患。造成這種問題的主要原因是缺乏統一有效的監控手段，不能在遠方實時監控變電站設備室的溫度情況。

圖2 通風口現場圖

2 溫度監控系統的設計

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高壓室的環境溫度。合理分布溫度傳感器，將采集的設備室溫度數據通過中央信號屏備用遙信板傳送至后臺監控中心，并更新后臺遙信數據庫及遠動主站遙信數據庫。當各個設備室溫度超過各自溫度臨界點時，發送相應的報警信號給工作人員，以便及時處理。（例如信號“1號站用電室溫度過高”提醒工作人員及時檢查制冷系統。）

變電站溫度監控系統的設計重點在于加裝溫度監測裝置，即溫度傳感器的選擇、設計與分布。

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、低穩定性、中等精度、響應速度慢以及非線性等特點，高溫下容易老化和漂移。另外，熱電偶需要外部參考端。

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

3）IC溫度傳感器。具有很高的線性度，集成功能復雜，能夠提供一個數字輸出。由于其IC集成特性，故成本較低，并可與常見的計算機總線（例如I2C總線、SPI總線和SMBus等）連接。

通過以上比較，從經濟性、可實施性、有效性、對其他設備的干擾等幾個方面進行全方位分析，可知IC溫度傳感器線性度高、能提供數字輸出，完全能滿足本系統的要求，且其價位較低，有利于降低系統成本，因此選擇IC溫度傳感器作為本系統的溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括數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 溫度傳感器感應探頭的分布

溫度傳感器與溫度控制終端主要通過網線和單股銅芯線進行連接。將網線和單股銅芯線布置在電纜夾層中，連接至中央信號屏。變電站各設備室中溫度傳感器的分布以實際采用溫度傳感器的測量范圍為參考依據，分布如圖5和圖6所示。

將溫度數據與保護后臺、遠動主站、調度聯通，當設備室溫度過高時，向調度值班告警。

圖5 變電站一樓模擬圖

圖6 變電站二樓模擬圖

3 方案實施效果

圖7為監控方案實施后變電站各室的溫度曲線圖。由圖可知，通過此項目的實施，可以有效地將各設備室的溫度控制在25℃與30℃之間，由絕緣材料老化機理可知，材料壽命隨溫度增加成指數規律下降，故本系統的運行降低了由于二次設備本身及二次電纜發熱引起的變電事故的概率，例如有某設備室的二次控制電纜發熱，溫度很高，幸虧發現及時，才避免了控制電纜燒毀可能導致事故狀態下斷路器拒動所引起惡性事故的發生。變電站設備運行環境得到了良好的監視，這不僅對繼電保護設備進行了實時的監控，對于一次設備的正常運行也起到了良好的監護作用。在此項目實施的過程中，可以采用廢舊二次電纜作為信號連接線，利用廢舊變壓器油溫表部件做原材料，可降低項目成本，提高效率。

圖7 監控方案實施后變電站各室溫度分布圖

4 結語

本文提出了一種變電站溫度監控方案，解決了變電站設備室環境溫度不能遠方監控的問題，對于設備室環境溫度過高造成的設備發熱等問題起到了良好的監測作用和預警功能，降低了由于設備溫度升高引起變電事故的幾率，提高了變電站運行的可靠性。