變電站設備箱體驅潮加熱裝置遠程在線監測系統研究與應用

謝 超，馬江濤

（國網陜西省電力有限公司超高壓公司，陜西 西安 710026）

0 引 言

變電站是整個電網系統中的網絡節點，各電壓等級構成的變電站作為重要的一環，其安全穩定運行對社會正常的生產、生活秩序有著非常重要的影響。其中各類端子箱、機構箱、匯控柜等作為變電站內一、二次設備在測控、保護、計量以及通信等方面構成聯系的重要中間環節，其安全健康的運行直接關系到整個變電站的運行狀況[1]。正常情況下，由于設備箱體門處在關閉狀態且保持密封完好，需要人工定期對設備箱體內元器件運行環境溫濕度和調節裝置進行檢查維護，其檢查維護過程需要反復開閉箱體門，對人員的耐心和細心程度要求較高，往往需求投入大量人力和時間。因此，結合目前該項工作的短板，圍繞設備箱體排查，通過利用新型驅潮加熱裝置在線監測系統，可以有效避免大量的重復性開箱檢查工作，并且通過實時監控箱體溫濕度及設備運行情況，第一時間鎖定濕度過大、溫度過低或發生凝露現象的設備，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 設備區就有開關端子箱、匯控柜26 個，刀閘機構箱（含接地刀閘）162 個，開關在線監測柜、檢修電源箱、YH端子箱33 個，電抗器端子箱、機構箱10 個，各類設備總計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 設備區驅潮加熱設施排查至少需要連續不間斷工作20 h 以上。而在該項目實施后，750 kV 設備區共計231 個箱體，任何一個發生異常，則會在5 s內接收到告警短信，人員只需要去處理異常設備，無須重復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 設備區、主變及66 kV設備區，一次完整的驅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、重要活動及節日保電至少5 次專項活動涉及加熱器等設施的排查，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部溫濕度異常造成的設備事故跳閘或異常發生的概率，有非常高的應用價值。

加熱器作為設備箱體內溫濕度調節的核心裝置，一方面能夠提高箱體內部溫度，加快水分蒸發，另一方面促進內外部空氣循環。目前，變電站常規安裝在箱體中下部，具體而言，主要有以下幾種方式：（1）在設備箱體內部固定位置，安裝配置恒定功率的常投加熱器；（2）在設備箱體內部分別配置2 種類型的加熱器，一種為恒定功率常開持續工作，另一種則與溫濕度控制器配合，通過預先設定好的溫度、濕度參數進行加熱器的開啟或關閉控制；（3）分別安裝設置多個小功率常開加熱器，一般安裝于內部空間較大的繼路器機構箱或氣體絕緣開關設備（Gas Insulated Switchgear，GIS）箱體。

上述3 種安裝方式對監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，大多數均在箱體底部或側門處，加之電氣元件密集和其他部件遮擋，造成一定的視線盲區，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致檢查過程煩瑣，費時費力；（3）如果發現加熱器故障，則應進一步檢查確認，但工作中容易觸碰電源引線或加熱器本體，導致人員觸電或燙傷。

目前，加熱器在線監測系統的設計安裝主要存在以下幾個因素造成難度增大。（1）現場設備基數龐大。加熱器安裝于戶外設備端子箱、機構箱、匯控箱、電源箱、檢修箱等箱體，一個變電站的所有箱體總數可能多達幾百個，個別箱內安裝了多個加熱器，導致數量太多，因此實施起來需要耗費大量的人力和時間。（2）安裝調試耗時較長。由于加熱器設置在箱體內部的狹小位置，故檢查其工況時必須按照柜門關閉的狀態進行試驗，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確無遺漏地傳至用戶標識模塊（Subscriber Identity Module，SIM），并且SIM 能夠正確接收[3]。（3）多種異常分類報警。須根據溫控器、加熱器不同的運行情況以及現場的溫濕度實時變化，綜合給出設備運行告警信息，并要有準確的判定邏輯，不能存在告警漏洞，在告警信息的判據設置上和現場節點信息的采集上因地制宜，結合不同的溫控器、加熱器以及回路進行具體改造。（4）加熱器及附屬控制器質量存在差異，工作環境較差，損壞率高。

2 技術路徑

驅潮加熱裝置的遠程在線監測系統著重實現狀態遠傳和告知，其原理如圖1 所示。目前，技術上如果利用有線方式，則可采用485 總線或以太網實現遠程監控，無線方式包括ZigBee、Wi-Fi、全球移動通信系統（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 不間斷在線等優點[4]。

圖1 驅潮加熱裝置的遠程在線監測系統原理

主控制器用于收集溫濕度控制器、加熱器的運行數據，發現并報告報警信號、顯示運行信息。GSM模塊主要用于接收和發送異常告警信息。傳感器主要用來檢測現場的實際環境情況。電源模塊主要用來向相關設備進行供電。

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程傳送方式監測設備工況，一方面監測裝置是否運行正常，以正確實時發送異常短信為實現目標；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條件，即使加熱器正在運行，但如果其工況不符合現場實際，則也應進行告知。本項目成果將根據溫濕度控制器所設置的工作啟動條件和復歸條件對加熱器的實時運行參數進行遠程可視化監控。

目前，在運變電站設備箱體中尚無加熱功能監測系統，基于此研究應用加熱驅潮裝置遠程在線監測系統，可有效解決戶外設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現等現實問題，具有一定的創新性和推廣應用性。該項目成果不僅適用于常規變電站中的敞開式設備，同時也適用于GIS 設備。該監測系統的研究應用可有效避免因設備箱體內加熱驅潮功能失效后引發的絕緣降低，進而導致設備停電事故的發生，能夠保障設備安全穩定運行，大幅降低現場人員的工作負擔，產生可觀的安全效益和經濟效益。

3 應用情況

通過在現場實際應用驗證，該系統可實時監測設備箱體內加熱器的工作狀態，在加熱器運行故障發展前就能檢測到故障，及時發出預警提示信息，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，滿足設備箱體內的環境溫濕度條件，確保設備箱體內加熱驅潮功能正常，極大減少運行人員繁重的工作量，降低運行成本，具備在國網系統推廣的應用價值。

4 經濟效益及社會效益

4.1 經濟效益

按照國網公司變電運維五通管理規定的運維要求，每月對設備箱體進行一次維護，特殊天氣還需增加維護次數。一座750 kV 變電站共有加熱器1 030 個，年平均維護次數約為20 次，每次維護需6 人進行3 d，人工成本預計為每人每天200 元，每年可節約設備運維成本7.2 萬元。

全站750 kV 共有665 個刀閘機構箱，按照年平均因加熱回路故障造成一次刀閘機構損壞，引起設備故障，受累停運進行處理。刀閘機構造價約為20 000 元/臺，重新更換機構恢復送電需要24 h，750 kV 線路的平均負荷為700 000 kW，按照0.5 元/（kW·h）進行計算，可避免經濟損失842 萬元。

4.2 社會效益

安裝變電站設備箱體驅潮加熱裝置遠程在線監測系統，實現了變電站戶外加熱器運行工況的實時告警與在線監測目標，有效避免了由于加熱功能失效而未及時發現所引起的設備內部凝露造成的設備異常及事故的發生，提高了設備及主網安全供電可靠性，對加強陜西750 kV 電網聯絡和西電東送具有重要意義。本裝置的應用由于反應故障時間迅速，可以實現告警功能，反應故障的正確率高，實現了設備加熱功能的實時監測和免人工巡檢，有效解決了變電站基礎類設備運維工作戶外設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，提高了現場工作效率，具有廣泛推廣應用的價值，可在發電廠、變電站推廣使用[5]。

5 結 論

本文針對變電站外加熱驅潮裝置運行維護工作中的難點、痛點問題，通過遠程在線監測系統技術研究與應用，實現了加熱器運行工況的實時告警與在線監測，有效避免了由于加熱功能失效而未及時發現所引起的設備內部凝露造成的設備異常及事故的發生，實現了設備加熱功能的實時監測和免人工巡檢，有效解決了設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，讓現場人員節省更多時間從事更高技術含量的工作，提高了現場工作效率以及設備與主網安全供電的可靠性。