變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)研究

楊帆 楊華 黎振球 向偉 牟行宇

國網(wǎng)湖南省電力有限公司張家界供電分公司 湖南張家界 427000

為積極響應(yīng)國網(wǎng)公司 “建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)” 戰(zhàn)略號召，張家界公司創(chuàng)新團隊立足崗位實際，大力推進智能運檢技術(shù)運用，由于目前智能運檢技術(shù)只涉及主設(shè)備領(lǐng)域，對于輔助設(shè)施的智能運檢還未普及，特研發(fā)一種變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)，可實時監(jiān)測全站輔助設(shè)施的運行環(huán)境，達(dá)到感知連接、泛在物聯(lián)的趨勢要求，為公司智慧變電站輔助設(shè)施運檢提供可推廣的參考樣板，有利于統(tǒng)一智慧變電站建設(shè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，進一步推進公司智慧變電站建設(shè)進程。

2016 年，四川某變電站220kV 母聯(lián)212 開關(guān) GIS 控制柜內(nèi)溫濕度控制器自然著火，212 開關(guān)被迫停運。

2019 年，重慶某500kV 變電站因電纜溝起火造成事故與西南電網(wǎng)解列。

據(jù)了解，造成這兩起事件的主要原因是設(shè)備運行環(huán)境無法實時監(jiān)測、預(yù)警及防控，導(dǎo)致事故進一步擴大和惡化。但在實際工作中，智能運檢技術(shù)運用側(cè)重于站內(nèi)主設(shè)備的巡檢，對于輔助設(shè)施的巡檢時有忽視，導(dǎo)致設(shè)備運行存在極大的安全隱患，亟待建立變電站自動化、智能化、集約化的綜合環(huán)境治理體系。

1 項目背景

在當(dāng)今這個科技時代，一方面工業(yè)企業(yè)在逐漸的向機械化、自動化靠近，對電力的需求也就在增加，另一方面隨著我國經(jīng)濟的快速增長，人們生活水平也在提高，使用電腦、手機、以及家用電器也在逐步增多，使用電是必不可少的，所以電力在生產(chǎn)、生活中起到了至關(guān)重要的作用。但對于電力的超負(fù)荷使用，常常會發(fā)生各種事故，所以變電站作為其根本環(huán)節(jié)，承擔(dān)了很重的任務(wù)。并且近幾年變電站安全事故頻繁發(fā)生，也敲了一個警鐘，對變電站出現(xiàn)的安全問題進行查找，提出相應(yīng)的解決措施顯得十分重要。目前，智能運檢技術(shù)只涉及主設(shè)備領(lǐng)域，對于輔助設(shè)施的智能運檢還未普及，如柜內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境難以達(dá)標(biāo)，事故油池工況難以監(jiān)測，溝內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境難以改善，站內(nèi)設(shè)備環(huán)境指標(biāo)難以掌握。二次電纜的過熱，二次端子的受潮、設(shè)備運行環(huán)境的惡化都會導(dǎo)致變電站的設(shè)備運行出現(xiàn)隱患，如設(shè)備的溫度、濕度、煙塵等環(huán)境因素直接影響設(shè)備能否正常運行。如果設(shè)備的溫度發(fā)生異常，卻沒有該變電站的巡檢工作，未能及時發(fā)現(xiàn)問題，就有可能發(fā)生事故的發(fā)生，無法實現(xiàn) “安全第一、預(yù)防為主、綜合治理” 的安全生產(chǎn)方針。因此，為了準(zhǔn)確、及時地獲取站內(nèi)設(shè)備的運行情況，需對設(shè)備采取預(yù)警防控措施。

1.1 變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)研究問題分析：

在變電站中，所有設(shè)備都要定期進行維護和檢查。但在實際工作中，諸多設(shè)備不易運維，如電纜溝設(shè)備、事故油池、二次電纜等，隨著設(shè)備的投運時間不斷增長，會出現(xiàn)不同程度地老化、損傷、失修等情況，運檢人員沒有及時發(fā)現(xiàn)并處理的話，給變電站穩(wěn)定運行帶來極大的安全隱患。

（1）柜內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境難以達(dá)標(biāo)。戶外端子箱、機構(gòu)箱、匯控柜內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境依據(jù)“五通”規(guī)定，環(huán)境溫度宜保持在5-40℃之間，環(huán)境濕度不宜超過85%。目前，各變電站柜內(nèi)設(shè)備不同程度地存在過熱、凝露、銹蝕等現(xiàn)象，極易造成二次電纜絕緣降低，在高溫、高負(fù)荷期間也易發(fā)生火災(zāi)事故，無法保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。低壓開關(guān)柜在其15 至20 年的使用壽命中，環(huán)境對于其的影響不可低估。

（2）事故油池運行工況難以監(jiān)控。目前，多數(shù)變電站的事故油池蓋板是鐵結(jié)構(gòu)材質(zhì)，每塊重約40-80 千克，需用專用工具并2 人進行作業(yè)，對于油池情況的巡檢及其不便。不利于應(yīng)急處置也不利于人員安全。同時，事故油池的油水混合物排放對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，社會影響極差。由于以往的智能運檢技術(shù)還未涉及該領(lǐng)域設(shè)備，造成事故油池的運維、監(jiān)測、防控?zé)o法保證。

（3）溝內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境難以改善。電纜運行環(huán)境依據(jù) “五通” 規(guī)定，環(huán)境濕度要求不超過85%，環(huán)境溫度要求不超過40℃。目前，各變電站電纜溝不同程度地存在潮、熱、臟、亂的現(xiàn)象，電纜設(shè)備運行濕度常年在85%-100%，且電纜在潮濕、高溫期間運行環(huán)境的限值大幅超標(biāo)，導(dǎo)致電纜外絕緣極易受潮、致熱，使得電纜加速老化，并降低機械性能和電氣性能，散熱受到影響。存在極大的安全隱患。

2 變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)研究

隨著國家電網(wǎng)的高速發(fā)展，為成為世界一流能源企業(yè)，電網(wǎng)逐步趨向于智能化。在線監(jiān)測技術(shù)可以說是保證智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)條件之一。在智能電網(wǎng)中利用在線監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)一二次設(shè)備的可視化和自動化。對電網(wǎng)穩(wěn)定運行壓力與變電站周邊生態(tài)環(huán)境的壓力，通過在一、二次設(shè)備中設(shè)置各類環(huán)境監(jiān)測傳感器，形成設(shè)備運行環(huán)境的在線監(jiān)測與智能控制。為建立科學(xué)合理的輔助設(shè)施智能運檢技術(shù)提供可靠依據(jù)。

（1）掌握設(shè)備運行環(huán)境，實現(xiàn)主動預(yù)警防控。

（2）監(jiān)測油池運行工況，實現(xiàn)隱患主動干預(yù)。

（3）集成大氣環(huán)境指標(biāo)，實現(xiàn)智能運檢管控。采用此平臺能有效地避免電網(wǎng)設(shè)備隱患、減少變電站對生態(tài)環(huán)境的污染，對于變電站綜合環(huán)境掌控與治理更加便捷和智能，面對電網(wǎng)不斷發(fā)展的趨勢，能有效地減少人、財、物的投入，提質(zhì)增效明顯。

2.1 系統(tǒng)模塊組成

變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)研究具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能處理、閾值告警及感應(yīng)自控功能。該系統(tǒng)主要由信號監(jiān)測、信號傳輸以及終端處理三個模塊組成。

信號采集模塊主要包含了溫度、濕度、水位、雨雪、煙感、生物、空氣質(zhì)量及電纜外絕緣溫度傳感器的監(jiān)測，通過設(shè)置相應(yīng)傳感器，將環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)形式。該平臺各元器件通過RS484 有線通訊方式感知連接，搭建站內(nèi)環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)平臺，二次信號數(shù)字化、實時化，能根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進入智能處理模式。平臺主機根據(jù)狀態(tài)量監(jiān)測，執(zhí)行告警發(fā)信、恒溫除濕、防汛排水、爆破滅火等功能。系統(tǒng)原理圖如圖1 所示。

2.2 智能控制系統(tǒng)及判據(jù)

通過在電腦終端建立環(huán)境數(shù)據(jù)的判斷依據(jù)，設(shè)置告警閾值、優(yōu)先級別及判斷邏輯，實現(xiàn)智能處理的運行流程，其流程圖2 所示。傳感器采集環(huán)境情況，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)高于系統(tǒng)設(shè)定的警告閥值時，系統(tǒng)自動作出判斷，發(fā)出告警信號至電腦終端，通知變電站內(nèi)的值班人員進行巡視。同時智能控制系統(tǒng)動作進行處理，如高溫時自動打開百葉窗與排風(fēng)扇，濕度過高時自動打開加熱驅(qū)濕裝置。當(dāng)運行環(huán)境改善重新低于警告值時，系統(tǒng)自動判定，停止處理動作，使得運行環(huán)境趨于穩(wěn)定。

2.2.1 溫濕度控制功能

戶外端子箱、機構(gòu)箱、匯控柜內(nèi)設(shè)備運行環(huán)境依據(jù) “五通” 規(guī)定，環(huán)境溫度宜保持在5-40℃之間，環(huán)境濕度不宜超過85%。電纜溝中電纜的環(huán)境濕度要求不超過85%，電纜的環(huán)境溫度要求不超過40℃。當(dāng)溫度或者濕度超過這個告警閾值時，電腦終端發(fā)出告警信號給變電站工作人員，同時主機啟動智能處理，控制百葉窗、排風(fēng)扇加熱驅(qū)潮裝置打開，對設(shè)備進行降溫除濕處理。當(dāng)溫度濕度數(shù)據(jù)低于告警閾值后，信號復(fù)歸，智能控制系統(tǒng)自動關(guān)閉裝置。停止降溫除濕。使設(shè)備狀態(tài)維持在一個安全穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.2.2 視頻監(jiān)控功能

隨著無人值守變電站管理模式的普及，變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)正適應(yīng)了電力部門的這一需要，借助視頻監(jiān)控功能，可以24 小時觀察變電站現(xiàn)場實際情況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時圖像監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障處理、和意外情況告警處理。對前端數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)采集編碼，并將編碼后的數(shù)據(jù)通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)可以到達(dá)的客戶端。網(wǎng)絡(luò)客戶端接收編碼后的音視頻數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)，并進行監(jiān)控、存儲、管理。徹底改變以往由運行值班人員自行巡檢的模式。通過設(shè)定相應(yīng)的規(guī)則，如檢查到有小動物進入，就會啟動報警裝置，在安全威脅發(fā)生之前就能夠采取解決措施，有效防止事故發(fā)生后因現(xiàn)場環(huán)境混亂導(dǎo)致的延誤。變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)為實現(xiàn)變電站/ 所的無人或少人值守，從而為推動電力網(wǎng)的管理逐步向自動化、綜合化、集中化、智能化方向發(fā)展提供有力的技術(shù)保障。

2.2.3 火災(zāi)監(jiān)測功能

通過設(shè)備外絕緣溫度傳感器以及煙感傳感器來采集狀態(tài)信息判斷是否有火災(zāi)隱患。當(dāng)電纜溝中的電纜在過負(fù)荷狀態(tài)下或因其它原因?qū)е卤砻鏈囟冗^高時，通過設(shè)定預(yù)警閾值上限，當(dāng)溫度超過閾值時，主機機能立即響應(yīng)，發(fā)出聲光報警，向監(jiān)控后臺發(fā)告警命令，顯示日期，時間，區(qū)號，部為號，報警性質(zhì)，并打印記錄，派人迅速處理。若已經(jīng)發(fā)生火災(zāi)，配合防火包將火災(zāi)隔離，通過后臺信息迅速前往處理。

2.2.4 油池檢測功能

監(jiān)測油池運行工況，實現(xiàn)隱患主動干預(yù)。實時監(jiān)測流過傳感器的油水成分和流量，避免了需要打開油池蓋板才能掌握油池信息的難題，解決以往油池監(jiān)控困難的狀況。協(xié)助運檢人員判斷主變的滲油、漏油現(xiàn)象。設(shè)置在油水分離池排水處的傳感器檢測到油的成分，平臺將進入智能處理模式，關(guān)閉連接站外的排水渠道的通道，防止環(huán)境污染。

2.2.5 環(huán)境管控功能

集成大氣環(huán)境指標(biāo)，實現(xiàn)智能運檢管控。通過設(shè)置風(fēng)力風(fēng)向、雨雪感應(yīng)、覆冰厚度、土壤質(zhì)量、空氣質(zhì)量、噪聲監(jiān)測等傳感器，提前預(yù)知工作區(qū)域的環(huán)境信息，為運檢工作提供數(shù)據(jù)支撐。運檢人員可針對性地制定防范措施和對策。如當(dāng)風(fēng)速大于10 米每秒時，智能裝置啟動提醒運檢人員不開展室外作業(yè)。

3 項目小結(jié)

該變電站輔助設(shè)備事故隱患防控技術(shù)研究設(shè)計完成后，可實現(xiàn)變電站綜合環(huán)境的實時監(jiān)測，運檢人員可以通過數(shù)據(jù)監(jiān)測對變電站的運行情況得以掌握，預(yù)測可能會發(fā)生的事故并及時作出處理；同時能夠避免信息掌握不及時、隱患問題難以暴露等傳統(tǒng)監(jiān)測方式的諸多弊端，能夠更好地保證變電站的安全穩(wěn)定的運行，提高電網(wǎng)的供電可靠性。本平臺可廣泛應(yīng)用于常規(guī)變電站、智能變電站和智慧變電站，能有效地避免電網(wǎng)設(shè)備隱患、生產(chǎn)現(xiàn)場風(fēng)險，對于變電站綜合環(huán)境掌控與治理更加便捷和智能，面對電網(wǎng)不斷發(fā)展的趨勢，能有效地減少人、財、物的投入，提質(zhì)增效明顯，具有較廣闊的應(yīng)用前景。