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
變電站是整個電網(wǎng)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，各電壓等級構(gòu)成的變電站作為重要的一環(huán)，其安全穩(wěn)定運行對社會正常的生產(chǎn)、生活秩序有著非常重要的影響。其中各類端子箱、機構(gòu)箱、匯控柜等作為變電站內(nèi)一、二次設(shè)備在測控、保護、計量以及通信等方面構(gòu)成聯(lián)系的重要中間環(huán)節(jié)，其安全健康的運行直接關(guān)系到整個變電站的運行狀況[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，需要人工定期對設(shè)備箱體內(nèi)元器件運行環(huán)境溫濕度和調(diào)節(jié)裝置進行檢查維護，其檢查維護過程需要反復(fù)開閉箱體門，對人員的耐心和細(xì)心程度要求較高，往往需求投入大量人力和時間。因此，結(jié)合目前該項工作的短板，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，并且通過實時監(jiān)控箱體溫濕度及設(shè)備運行情況，第一時間鎖定濕度過大、溫度過低或發(fā)生凝露現(xiàn)象的設(shè)備，進行針對性運維，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，刀閘機構(gòu)箱（含接地刀閘）162 個，開關(guān)在線監(jiān)測柜、檢修電源箱、YH端子箱33 個，電抗器端子箱、機構(gòu)箱10 個，各類設(shè)備總計231 個。按照每個開箱檢查通過手動啟動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，加上人員來回行進過程的時間，至少需要5 min，則共計1 155 min（19.25 h）。初步測算，完成整個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。而在該項目實施后，750 kV 設(shè)備區(qū)共計231 個箱體，任何一個發(fā)生異常，則會在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，浪費工作時間和人力。若能進一步推廣至整個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間60 h 以上。按照全年迎峰度夏、迎峰過冬、重要活動及節(jié)日保電至少5 次專項活動涉及加熱器等設(shè)施的排查，可減少工作時間300 h 以上。同時，還能近乎零時差對存在問題的加熱器、溫控器進行處理，極大地降低了因為箱體內(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)進行加熱器的開啟或關(guān)閉控制；（3）分別安裝設(shè)置多個小功率常開加熱器，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 種安裝方式對監(jiān)測加熱器運行工況造成一定的難度，主要有以下幾個方面：（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)，給加熱器進行檢查維護帶來一定不便和困難；（2）配置多個加熱器的情況導(dǎo)致檢查過程煩瑣，費時費力；（3）如果發(fā)現(xiàn)加熱器故障，則應(yīng)進一步檢查確認(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)測系統(tǒng)的設(shè)計安裝主要存在以下幾個因素造成難度增大。（1）現(xiàn)場設(shè)備基數(shù)龐大。加熱器安裝于戶外設(shè)備端子箱、機構(gòu)箱、匯控箱、電源箱、檢修箱等箱體，一個變電站的所有箱體總數(shù)可能多達幾百個，個別箱內(nèi)安裝了多個加熱器，導(dǎo)致數(shù)量太多，因此實施起來需要耗費大量的人力和時間。（2）安裝調(diào)試耗時較長。由于加熱器設(shè)置在箱體內(nèi)部的狹小位置，故檢查其工況時必須按照柜門關(guān)閉的狀態(tài)進行試驗，要考慮到靜電屏蔽等問題，確保本地信號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)識模塊（Subscriber Identity Module，SIM），并且SIM 能夠正確接收[3]。（3）多種異常分類報警。須根據(jù)溫控器、加熱器不同的運行情況以及現(xiàn)場的溫濕度實時變化，綜合給出設(shè)備運行告警信息，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)場節(jié)點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)測系統(tǒng)著重實現(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)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無線方式包括ZigBee、Wi-Fi、全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communications，GSM）等。其中，本項目所采用的短信息方式即為GSM 實現(xiàn)方式，具有成本低、覆蓋范圍廣、和手機綁定24 h 不間斷在線等優(yōu)點[4]。
圖1 驅(qū)潮加熱裝置的遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)原理
主控制器用于收集溫濕度控制器、加熱器的運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并報告報警信號、顯示運行信息。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現(xiàn)場的實際環(huán)境情況。電源模塊主要用來向相關(guān)設(shè)備進行供電。
在加熱器和溫濕度控制器電源方面，均通過專用空開進行供電。本項目成果計劃采用遠(yuǎn)程傳送方式監(jiān)測設(shè)備工況，一方面監(jiān)測裝置是否運行正常，以正確實時發(fā)送異常短信為實現(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，即使加熱器正在運行，但如果其工況不符合現(xiàn)場實際，則也應(yīng)進行告知。本項目成果將根據(jù)溫濕度控制器所設(shè)置的工作啟動條件和復(fù)歸條件對加熱器的實時運行參數(shù)進行遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控。
目前，在運變電站設(shè)備箱體中尚無加熱功能監(jiān)測系統(tǒng)，基于此研究應(yīng)用加熱驅(qū)潮裝置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)，可有效解決戶外設(shè)備箱體加熱器運行工況檢查巡檢難度大、耗時長、加熱功能失效以及不能及時發(fā)現(xiàn)等現(xiàn)實問題，具有一定的創(chuàng)新性和推廣應(yīng)用性。該項目成果不僅適用于常規(guī)變電站中的敞開式設(shè)備，同時也適用于GIS 設(shè)備。該監(jiān)測系統(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)定運行，大幅降低現(xiàn)場人員的工作負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生可觀的安全效益和經(jīng)濟效益。
3 應(yīng)用情況
通過在現(xiàn)場實際應(yīng)用驗證，該系統(tǒng)可實時監(jiān)測設(shè)備箱體內(nèi)加熱器的工作狀態(tài)，在加熱器運行故障發(fā)展前就能檢測到故障，及時發(fā)出預(yù)警提示信息，提示變電站運維工作人員進行更換維護，以保障加熱器回路的可靠運行，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，極大減少運行人員繁重的工作量，降低運行成本，具備在國網(wǎng)系統(tǒng)推廣的應(yīng)用價值。
4 經(jīng)濟效益及社會效益
4.1 經(jīng)濟效益
按照國網(wǎng)公司變電運維五通管理規(guī)定的運維要求，每月對設(shè)備箱體進行一次維護，特殊天氣還需增加維護次數(shù)。一座750 kV 變電站共有加熱器1 030 個，年平均維護次數(shù)約為20 次，每次維護需6 人進行3 d，人工成本預(yù)計為每人每天200 元，每年可節(jié)約設(shè)備運維成本7.2 萬元。
全站750 kV 共有665 個刀閘機構(gòu)箱，按照年平均因加熱回路故障造成一次刀閘機構(gòu)損壞，引起設(shè)備故障，受累停運進行處理。刀閘機構(gòu)造價約為20 000 元/臺，重新更換機構(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）進行計算，可避免經(jīng)濟損失842 萬元。
4.2 社會效益
安裝變電站設(shè)備箱體驅(qū)潮加熱裝置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了變電站戶外加熱器運行工況的實時告警與在線監(jiān)測目標(biāo)，有效避免了由于加熱功能失效而未及時發(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，對加強陜西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)故障時間迅速，可以實現(xiàn)告警功能，反應(yīng)故障的正確率高，實現(xiàn)了設(shè)備加熱功能的實時監(jiān)測和免人工巡檢，有效解決了變電站基礎(chǔ)類設(shè)備運維工作戶外設(shè)備箱體加熱器回路檢查工作量大、難度高、耗時長等問題，減輕了勞動強度，提高了現(xiàn)場工作效率，具有廣泛推廣應(yīng)用的價值，可在發(fā)電廠、變電站推廣使用[5]。
5 結(jié) 論
本文針對變電站外加熱驅(qū)潮裝置運行維護工作中的難點、痛點問題，通過遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)研究與應(yīng)用，實現(xiàn)了加熱器運行工況的實時告警與在線監(jiān)測，有效避免了由于加熱功能失效而未及時發(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，實現(xiàn)了設(shè)備加熱功能的實時監(jiān)測和免人工巡檢，有效解決了設(shè)備箱體加熱器回路檢查工作量大、難度高、耗時長的問題，減輕了勞動強度，讓現(xiàn)場人員節(jié)省更多時間從事更高技術(shù)含量的工作，提高了現(xiàn)場工作效率以及設(shè)備與主網(wǎng)安全供電的可靠性。
