謝 超，馬江濤
（國網(wǎng)陜西省電力有限公司超高壓公司，陜西 西安 710026）
0 引 言
變電站是整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各電壓等級(jí)構(gòu)成的變電站作為重要的一環(huán)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)社會(huì)正常的生產(chǎn)、生活秩序有著非常重要的影響。其中各類端子箱、機(jī)構(gòu)箱、匯控柜等作為變電站內(nèi)一、二次設(shè)備在測(cè)控、保護(hù)、計(jì)量以及通信等方面構(gòu)成聯(lián)系的重要中間環(huán)節(jié)，其安全健康的運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)變電站的運(yùn)行狀況[1]。正常情況下，由于設(shè)備箱體門處在關(guān)閉狀態(tài)且保持密封完好，需要人工定期對(duì)設(shè)備箱體內(nèi)元器件運(yùn)行環(huán)境溫濕度和調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行檢查維護(hù)，其檢查維護(hù)過程需要反復(fù)開閉箱體門，對(duì)人員的耐心和細(xì)心程度要求較高，往往需求投入大量人力和時(shí)間。因此，結(jié)合目前該項(xiàng)工作的短板，圍繞設(shè)備箱體排查，通過利用新型驅(qū)潮加熱裝置在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以有效避免大量的重復(fù)性開箱檢查工作，并且通過實(shí)時(shí)監(jiān)控箱體溫濕度及設(shè)備運(yùn)行情況，第一時(shí)間鎖定濕度過大、溫度過低或發(fā)生凝露現(xiàn)象的設(shè)備，進(jìn)行針對(duì)性運(yùn)維，極大地提高工作效率，消除安全隱患[2]。
1 研究背景
以一座750 kV 變電站為例，僅750 kV 設(shè)備區(qū)就有開關(guān)端子箱、匯控柜26 個(gè)，刀閘機(jī)構(gòu)箱（含接地刀閘）162 個(gè)，開關(guān)在線監(jiān)測(cè)柜、檢修電源箱、YH端子箱33 個(gè)，電抗器端子箱、機(jī)構(gòu)箱10 個(gè)，各類設(shè)備總計(jì)231 個(gè)。按照每個(gè)開箱檢查通過手動(dòng)啟動(dòng)或哈氣等方式判斷驅(qū)潮加熱裝置是否異常，然后將門鎖好，加上人員來回行進(jìn)過程的時(shí)間，至少需要5 min，則共計(jì)1 155 min（19.25 h）。初步測(cè)算，完成整個(gè)750 kV 設(shè)備區(qū)驅(qū)潮加熱設(shè)施排查至少需要連續(xù)不間斷工作20 h 以上。而在該項(xiàng)目實(shí)施后，750 kV 設(shè)備區(qū)共計(jì)231 個(gè)箱體，任何一個(gè)發(fā)生異常，則會(huì)在5 s內(nèi)接收到告警短信，人員只需要去處理異常設(shè)備，無須重復(fù)煩瑣的開箱檢查過程，浪費(fèi)工作時(shí)間和人力。若能進(jìn)一步推廣至整個(gè)330 kV 設(shè)備區(qū)、主變及66 kV設(shè)備區(qū)，一次完整的驅(qū)潮加熱裝置排查將減少工作時(shí)間60 h 以上。按照全年迎峰度夏、迎峰過冬、重要活動(dòng)及節(jié)日保電至少5 次專項(xiàng)活動(dòng)涉及加熱器等設(shè)施的排查，可減少工作時(shí)間300 h 以上。同時(shí)，還能近乎零時(shí)差對(duì)存在問題的加熱器、溫控器進(jìn)行處理，極大地降低了因?yàn)橄潴w內(nèi)部溫濕度異常造成的設(shè)備事故跳閘或異常發(fā)生的概率，有非常高的應(yīng)用價(jià)值。
加熱器作為設(shè)備箱體內(nèi)溫濕度調(diào)節(jié)的核心裝置，一方面能夠提高箱體內(nèi)部溫度，加快水分蒸發(fā)，另一方面促進(jìn)內(nèi)外部空氣循環(huán)。目前，變電站常規(guī)安裝在箱體中下部，具體而言，主要有以下幾種方式：（1）在設(shè)備箱體內(nèi)部固定位置，安裝配置恒定功率的常投加熱器；（2）在設(shè)備箱體內(nèi)部分別配置2 種類型的加熱器，一種為恒定功率常開持續(xù)工作，另一種則與溫濕度控制器配合，通過預(yù)先設(shè)定好的溫度、濕度參數(shù)進(jìn)行加熱器的開啟或關(guān)閉控制；（3）分別安裝設(shè)置多個(gè)小功率常開加熱器，一般安裝于內(nèi)部空間較大的繼路器機(jī)構(gòu)箱或氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated Switchgear，GIS）箱體。
上述3 種安裝方式對(duì)監(jiān)測(cè)加熱器運(yùn)行工況造成一定的難度，主要有以下幾個(gè)方面：（1）加熱器安裝位置，大多數(shù)均在箱體底部或側(cè)門處，加之電氣元件密集和其他部件遮擋，造成一定的視線盲區(qū)，給加熱器進(jìn)行檢查維護(hù)帶來一定不便和困難；（2）配置多個(gè)加熱器的情況導(dǎo)致檢查過程煩瑣，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；（3）如果發(fā)現(xiàn)加熱器故障，則應(yīng)進(jìn)一步檢查確認(rèn)，但工作中容易觸碰電源引線或加熱器本體，導(dǎo)致人員觸電或燙傷。
目前，加熱器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝主要存在以下幾個(gè)因素造成難度增大。（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備基數(shù)龐大。加熱器安裝于戶外設(shè)備端子箱、機(jī)構(gòu)箱、匯控箱、電源箱、檢修箱等箱體，一個(gè)變電站的所有箱體總數(shù)可能多達(dá)幾百個(gè)，個(gè)別箱內(nèi)安裝了多個(gè)加熱器，導(dǎo)致數(shù)量太多，因此實(shí)施起來需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間。（2）安裝調(diào)試耗時(shí)較長(zhǎng)。由于加熱器設(shè)置在箱體內(nèi)部的狹小位置，故檢查其工況時(shí)必須按照柜門關(guān)閉的狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)，要考慮到靜電屏蔽等問題，確保本地信號(hào)能夠通過短距離無線通信裝置準(zhǔn)確無遺漏地傳至用戶標(biāo)識(shí)模塊（Subscriber Identity Module，SIM），并且SIM 能夠正確接收[3]。（3）多種異常分類報(bào)警。須根據(jù)溫控器、加熱器不同的運(yùn)行情況以及現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度實(shí)時(shí)變化，綜合給出設(shè)備運(yùn)行告警信息，并要有準(zhǔn)確的判定邏輯，不能存在告警漏洞，在告警信息的判據(jù)設(shè)置上和現(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)信息的采集上因地制宜，結(jié)合不同的溫控器、加熱器以及回路進(jìn)行具體改造。（4）加熱器及附屬控制器質(zhì)量存在差異，工作環(huán)境較差，損壞率高。
2 技術(shù)路徑
驅(qū)潮加熱裝置的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)著重實(shí)現(xiàn)狀態(tài)遠(yuǎn)傳和告知，其原理如圖1 所示。目前，技術(shù)上如果利用有線方式，則可采用485 總線或以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無線方式包括ZigBee、Wi-Fi、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）等。其中，本項(xiàng)目所采用的短信息方式即為GSM 實(shí)現(xiàn)方式，具有成本低、覆蓋范圍廣、和手機(jī)綁定24 h 不間斷在線等優(yōu)點(diǎn)[4]。
圖1 驅(qū)潮加熱裝置的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理
主控制器用于收集溫濕度控制器、加熱器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并報(bào)告報(bào)警信號(hào)、顯示運(yùn)行信息。GSM模塊主要用于接收和發(fā)送異常告警信息。傳感器主要用來檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境情況。電源模塊主要用來向相關(guān)設(shè)備進(jìn)行供電。
在加熱器和溫濕度控制器電源方面，均通過專用空開進(jìn)行供電。本項(xiàng)目成果計(jì)劃采用遠(yuǎn)程傳送方式監(jiān)測(cè)設(shè)備工況，一方面監(jiān)測(cè)裝置是否運(yùn)行正常，以正確實(shí)時(shí)發(fā)送異常短信為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)；另一方面則以電流采樣值作為判別加熱器是否正常工作的技術(shù)條件，即使加熱器正在運(yùn)行，但如果其工況不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，則也應(yīng)進(jìn)行告知。本項(xiàng)目成果將根據(jù)溫濕度控制器所設(shè)置的工作啟動(dòng)條件和復(fù)歸條件對(duì)加熱器的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。
目前，在運(yùn)變電站設(shè)備箱體中尚無加熱功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，基于此研究應(yīng)用加熱驅(qū)潮裝置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可有效解決戶外設(shè)備箱體加熱器運(yùn)行工況檢查巡檢難度大、耗時(shí)長(zhǎng)、加熱功能失效以及不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)等現(xiàn)實(shí)問題，具有一定的創(chuàng)新性和推廣應(yīng)用性。該項(xiàng)目成果不僅適用于常規(guī)變電站中的敞開式設(shè)備，同時(shí)也適用于GIS 設(shè)備。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究應(yīng)用可有效避免因設(shè)備箱體內(nèi)加熱驅(qū)潮功能失效后引發(fā)的絕緣降低，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備停電事故的發(fā)生，能夠保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，大幅降低現(xiàn)場(chǎng)人員的工作負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生可觀的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。
3 應(yīng)用情況
通過在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備箱體內(nèi)加熱器的工作狀態(tài)，在加熱器運(yùn)行故障發(fā)展前就能檢測(cè)到故障，及時(shí)發(fā)出預(yù)警提示信息，提示變電站運(yùn)維工作人員進(jìn)行更換維護(hù)，以保障加熱器回路的可靠運(yùn)行，滿足設(shè)備箱體內(nèi)的環(huán)境溫濕度條件，確保設(shè)備箱體內(nèi)加熱驅(qū)潮功能正常，極大減少運(yùn)行人員繁重的工作量，降低運(yùn)行成本，具備在國網(wǎng)系統(tǒng)推廣的應(yīng)用價(jià)值。
4 經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益
4.1 經(jīng)濟(jì)效益
按照國網(wǎng)公司變電運(yùn)維五通管理規(guī)定的運(yùn)維要求，每月對(duì)設(shè)備箱體進(jìn)行一次維護(hù)，特殊天氣還需增加維護(hù)次數(shù)。一座750 kV 變電站共有加熱器1 030 個(gè)，年平均維護(hù)次數(shù)約為20 次，每次維護(hù)需6 人進(jìn)行3 d，人工成本預(yù)計(jì)為每人每天200 元，每年可節(jié)約設(shè)備運(yùn)維成本7.2 萬元。
全站750 kV 共有665 個(gè)刀閘機(jī)構(gòu)箱，按照年平均因加熱回路故障造成一次刀閘機(jī)構(gòu)損壞，引起設(shè)備故障，受累停運(yùn)進(jìn)行處理。刀閘機(jī)構(gòu)造價(jià)約為20 000 元/臺(tái)，重新更換機(jī)構(gòu)恢復(fù)送電需要24 h，750 kV 線路的平均負(fù)荷為700 000 kW，按照0.5 元/（kW·h）進(jìn)行計(jì)算，可避免經(jīng)濟(jì)損失842 萬元。
4.2 社會(huì)效益
安裝變電站設(shè)備箱體驅(qū)潮加熱裝置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電站戶外加熱器運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)告警與在線監(jiān)測(cè)目標(biāo)，有效避免了由于加熱功能失效而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)所引起的設(shè)備內(nèi)部凝露造成的設(shè)備異常及事故的發(fā)生，提高了設(shè)備及主網(wǎng)安全供電可靠性，對(duì)加強(qiáng)陜西750 kV 電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)和西電東送具有重要意義。本裝置的應(yīng)用由于反應(yīng)故障時(shí)間迅速，可以實(shí)現(xiàn)告警功能，反應(yīng)故障的正確率高，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備加熱功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和免人工巡檢，有效解決了變電站基礎(chǔ)類設(shè)備運(yùn)維工作戶外設(shè)備箱體加熱器回路檢查工作量大、難度高、耗時(shí)長(zhǎng)等問題，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率，具有廣泛推廣應(yīng)用的價(jià)值，可在發(fā)電廠、變電站推廣使用[5]。
5 結(jié) 論
本文針對(duì)變電站外加熱驅(qū)潮裝置運(yùn)行維護(hù)工作中的難點(diǎn)、痛點(diǎn)問題，通過遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了加熱器運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)告警與在線監(jiān)測(cè)，有效避免了由于加熱功能失效而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)所引起的設(shè)備內(nèi)部凝露造成的設(shè)備異常及事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備加熱功能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和免人工巡檢，有效解決了設(shè)備箱體加熱器回路檢查工作量大、難度高、耗時(shí)長(zhǎng)的問題，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，讓現(xiàn)場(chǎng)人員節(jié)省更多時(shí)間從事更高技術(shù)含量的工作，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率以及設(shè)備與主網(wǎng)安全供電的可靠性。
