化工企業供配電設備在線監測技術應用探討

柴滿良

（內蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017300）

0.引言

隨著設備材料及制造水平的提升，國內大型化工企業生產裝置長周期運行時間可以達到3年，國外大型化工企業的生產裝置長周期運行時間可達5年，甚至更長。在這么長的生產周期內，如何保證工廠內的各級供配電設備安全穩定運行，是電氣專業人員需要研究的問題。當前電氣設備在線監測技術已經較為成熟，部分產品已經在行業內逐步的推廣和應用，且涵蓋了主要的電氣設備，為探索電氣設備故障預防性檢修提供了依據，將長期以來的定期檢修、預試和狀態檢修結合起來對電氣設備進行維護，對確定設備合理的檢修周期及提升檢修質量具有積極意義，也是行業現在發展的需求和趨勢。

1.開關類設備的在線監測

我們以110kV GIS和10kV開關柜舉例介紹在開關類設備上可以實施哪些在線監測技術。

1.1 110kV GIS開關設備在線監測

（1）110kV GIS開關設備可以配置避雷器在線監測傳感器，對避雷器的泄漏電流進行實時監測，將實時數據和避雷器動作次數上傳，同時還可以監測避雷器帶電指示和告警指示；（2）110kV GIS開關設備在合理位置安裝局部放電在線監測傳感器，用于監測開關設備絕緣薄弱環節，可以做到有針對性地提出計劃檢修，消除隱患；（3）110kV GIS開關設備中的斷路器、隔離開關等氣室可以安裝SF6氣體密度、微水傳感器，這點重點介紹。

目前大多數GIS設備SF6氣體監測特點：（1）大多數只能就地查看SF6氣體密度壓力表數據；（2）SF6氣體微水含量在設備運行期間不能檢測，只有停電檢修時才能檢測，并且易導致SF6氣體泄漏，氣室內SF6密度降低，且造成環境污染；（3）后臺無法實時監測，不能查看歷史趨勢，無法及時判斷設備劣化情況。

結合工廠實際情況，可以對現有的GIS設備SF6氣體密度壓力表進行改進，將原有的只有報警和閉鎖節點的密度壓力表更換為可以在線實時監測SF6氣體密度壓力、微水、溫度的綜合監測器。SF6氣體密度壓力、微水、溫度的綜合監測器內置密度壓力、濕度、溫度3種傳感器，用于對斷路器、隔離開關等SF6氣體的密度、微水、溫度進行現場數據采集，每套監測器自帶地址或者可設置地址，通過RS-485等數據通訊方式，將數據信息上傳至綜合自動化系統，經過軟件分析出結果。經過改進后，運行人員能在綜合自動化系統實時查看各斷路器、隔離開關氣室的SF6密度和微水含量實時數據，還可以追蹤歷史趨勢，判斷設備劣化情況，提前發現設備故障隱患，消除斷路器、隔離開關等氣室漏點。保證GIS設備的長周期穩定運行。

1.2 10kV開關設備在線監測

（1）10kV開關設備每個饋線回路配置一臺避雷器泄漏電流傳感器，對避雷器的泄漏電流進行實時監測；（2）10kV開關設備在內倉部位安裝局部放電在線監測傳感器，用于監測開關設備絕緣薄弱環節，可依據局部放電信號的波形和圖譜及數據提示綜合研判開關柜內部的放電情況或緊固件松動情況，可選用超聲波或者低電波等工作原理傳感器；（3）10kV開關設備在關鍵位置安裝溫度在線監測傳感器，這點重點介紹：10kV開關設備是工廠內裝置變電所的核心設備，運行過程中，開關柜內部的斷路器動靜觸頭、母線搭接面、冷縮終端頭接線處容易出現螺栓松動、表面氧化、造成設備發熱甚至出現嚴重的故障。實際上在10kV開關柜的整個運行周期內，完全避免發熱是非常困難的，且柜內空間封閉狹小，易造成溫度升高，來自不同因素的發熱風險都可能導致開關柜異常發熱，持續性的異常發熱將會使金屬部件快速失去機械強度并加速絕緣材料的老化，假設發熱點位于開關柜母排搭接處，因其位于10kV開關柜母排內倉，一般情況下是與外殼經2mm鍍鋅隔板及125mm空間隔離，運行時為了保證有效電氣距離，正常處于全封閉狀態，正常運行很難被發現。通過研究柜體結構及熱量的散發不易被察覺等因素，我們認為，此臺開關柜隱患不消繼續運行，則各部將會在發熱長期的毀損下，電氣絕緣性能持續下降，很快將會演變為10kV放電短路的嚴重電氣事故，這也充分說明傳統的測溫方式和人工巡檢測溫都無法及時有效地實時監測，最終導致嚴重事故的發生[1]。

實施開關柜內電氣接點溫度在線監測，可以有效地解決以上問題，溫度在線監測由無線無源測溫模塊、現場測溫接收模塊、分析軟件3部分組成，開關柜內部的斷路器動靜觸頭、母線搭接面、冷縮終端頭接線處等關鍵部位安裝無線無源測溫模塊，現場測溫接收模塊將測溫模塊的數據進行收集，送至分析軟件進行綜合判斷。實施后開關柜內各電氣接點持續的溫升數據采集可以直觀的將對應的溫升情況呈現給電氣專業人員，根據溫升數據變化情況，并結合局部放電在線監測信息，綜合分析，可以提前發現問題所在，實現從故障檢修、定期維護到預防性維護和狀態檢修。

2.電源類設備蓄電池在線監測

電源類設備主要包括直流屏、UPS和EPS這3類設備，在變電站中直流屏提供電力操作、信號電源，也為保護裝置等重要設備提供電源，UPS為電氣SCADA后臺、視頻監控等提供電源，EPS為變電站的應急電源，它為事故狀態下變電站內照明等設施提供電源。以上3類設備都有一個特點就是都配置一定量的蓄電池，在市電失電的情況下蓄電池供電，能在一段時間保證值班人員可以正常監控、操作，是變電站的重要設備。蓄電池的性能的好壞決定著在應急狀態下這3類設備能否正常工作，因此有必要在電源類設備上實施蓄電池在線監測。蓄電池在線監測系統一般由單體蓄電池監測模塊、數據收集控制模塊、監控系統組成，可以實現監測單體電池內阻、負極溫度監測、電池容量監測、在線電池電壓均衡、運行參數與告警值設定等其他功能。這樣可以確保電源類設備中蓄電池始終保持良好的狀況，提高電源的可靠性[2]。

3.油浸式變壓器在線監測

變壓器油中氣體在線監測。變壓器是供電系統的核心設備，用于電能的轉換，運行中變壓器油性能直接影響著變壓器的穩定運行，也能間接地反映出一些變壓器內部故障。一直以來變壓器油檢測通常使用變壓器油采樣送實驗室檢測，隨著科學技術的發展，采用變壓器油中氣體在線監測可以有效避免這些問題，并有助于實現變壓器的預防性檢修。

變壓器油中氣體在線監測系統一般由油氣分離、色譜分離、氣體檢測、數據處理與故障診斷五大部分組成。油氣分離一般采用具備一定機械強度、耐油、耐高溫、只滲透氣體不滲油的先進高分子膜，將油中氣體滲出，待油中氣體和滲出氣體達到平衡后，進行氣體分離，實現組分分離，然后進行氣體檢測。氣體檢測完成后將檢測的數據進行處理，氣體檢測器按色譜出峰順序分別將各組分特征氣體的濃度變換成電信號，然后A/D轉換器將電信號轉換為相應的數字信號，通過通信協議傳給上位機，上位機存儲所得到的數據，由系統軟件完成數據調用、顯示、測量等，同時也可以通過通信協議將數據上傳至電氣綜合自動化系統。通過以上措施，可以實時監測變壓器油中氣體成分、含量，同時也可以監測變壓器油微水含量，并且將采集的數據生成趨勢畫面，有利于電氣專業人員對變壓器高能量放電故障或者高熱故障的判斷，為變壓器的狀態檢修提供依據，提高了檢修的針對性[3]。

4.結語

上述僅對部分電氣設備的在線監測技術應用進行了簡要探討，當前在線監測技術主要依托于各類高精度傳感器，將采集到的信息經過通信上傳至服務器上，進行數據分析判斷。未來，在監測技術不斷發展下，相信將不再存在未被監視的電氣設備，屆時將助力電氣人員能夠對所有電氣設備可能發生、正在發生、已經發生的故障進行分析、預判，明確故障的類型、程度、原因，全面提升設備維護水平。