化工企业供配电设备在线监测技术应用探讨

柴满良

（内蒙古中煤蒙大新能源化工有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017300）

0.引言

随着设备材料及制造水平的提升，国内大型化工企业生产装置长周期运行时间可以达到3年，国外大型化工企业的生产装置长周期运行时间可达5年，甚至更长。在这么长的生产周期内，如何保证工厂内的各级供配电设备安全稳定运行，是电气专业人员需要研究的问题。当前电气设备在线监测技术已经较为成熟，部分产品已经在行业内逐步的推广和应用，且涵盖了主要的电气设备，为探索电气设备故障预防性检修提供了依据，将长期以来的定期检修、预试和状态检修结合起来对电气设备进行维护，对确定设备合理的检修周期及提升检修质量具有积极意义，也是行业现在发展的需求和趋势。

1.开关类设备的在线监测

我们以110kV GIS和10kV开关柜举例介绍在开关类设备上可以实施哪些在线监测技术。

1.1 110kV GIS开关设备在线监测

（1）110kV GIS开关设备可以配置避雷器在线监测传感器，对避雷器的泄漏电流进行实时监测，将实时数据和避雷器动作次数上传，同时还可以监测避雷器带电指示和告警指示；（2）110kV GIS开关设备在合理位置安装局部放电在线监测传感器，用于监测开关设备绝缘薄弱环节，可以做到有针对性地提出计划检修，消除隐患；（3）110kV GIS开关设备中的断路器、隔离开关等气室可以安装SF6气体密度、微水传感器，这点重点介绍。

目前大多数GIS设备SF6气体监测特点：（1）大多数只能就地查看SF6气体密度压力表数据；（2）SF6气体微水含量在设备运行期间不能检测，只有停电检修时才能检测，并且易导致SF6气体泄漏，气室内SF6密度降低，且造成环境污染；（3）后台无法实时监测，不能查看历史趋势，无法及时判断设备劣化情况。

结合工厂实际情况，可以对现有的GIS设备SF6气体密度压力表进行改进，将原有的只有报警和闭锁节点的密度压力表更换为可以在线实时监测SF6气体密度压力、微水、温度的综合监测器。SF6气体密度压力、微水、温度的综合监测器内置密度压力、湿度、温度3种传感器，用于对断路器、隔离开关等SF6气体的密度、微水、温度进行现场数据采集，每套监测器自带地址或者可设置地址，通过RS-485等数据通讯方式，将数据信息上传至综合自动化系统，经过软件分析出结果。经过改进后，运行人员能在综合自动化系统实时查看各断路器、隔离开关气室的SF6密度和微水含量实时数据，还可以追踪历史趋势，判断设备劣化情况，提前发现设备故障隐患，消除断路器、隔离开关等气室漏点。保证GIS设备的长周期稳定运行。

1.2 10kV开关设备在线监测

（1）10kV开关设备每个馈线回路配置一台避雷器泄漏电流传感器，对避雷器的泄漏电流进行实时监测；（2）10kV开关设备在内仓部位安装局部放电在线监测传感器，用于监测开关设备绝缘薄弱环节，可依据局部放电信号的波形和图谱及数据提示综合研判开关柜内部的放电情况或紧固件松动情况，可选用超声波或者低电波等工作原理传感器；（3）10kV开关设备在关键位置安装温度在线监测传感器，这点重点介绍：10kV开关设备是工厂内装置变电所的核心设备，运行过程中，开关柜内部的断路器动静触头、母线搭接面、冷缩终端头接线处容易出现螺栓松动、表面氧化、造成设备发热甚至出现严重的故障。实际上在10kV开关柜的整个运行周期内，完全避免发热是非常困难的，且柜内空间封闭狭小，易造成温度升高，来自不同因素的发热风险都可能导致开关柜异常发热，持续性的异常发热将会使金属部件快速失去机械强度并加速绝缘材料的老化，假设发热点位于开关柜母排搭接处，因其位于10kV开关柜母排内仓，一般情况下是与外壳经2mm镀锌隔板及125mm空间隔离，运行时为了保证有效电气距离，正常处于全封闭状态，正常运行很难被发现。通过研究柜体结构及热量的散发不易被察觉等因素，我们认为，此台开关柜隐患不消继续运行，则各部将会在发热长期的毁损下，电气绝缘性能持续下降，很快将会演变为10kV放电短路的严重电气事故，这也充分说明传统的测温方式和人工巡检测温都无法及时有效地实时监测，最终导致严重事故的发生[1]。

实施开关柜内电气接点温度在线监测，可以有效地解决以上问题，温度在线监测由无线无源测温模块、现场测温接收模块、分析软件3部分组成，开关柜内部的断路器动静触头、母线搭接面、冷缩终端头接线处等关键部位安装无线无源测温模块，现场测温接收模块将测温模块的数据进行收集，送至分析软件进行综合判断。实施后开关柜内各电气接点持续的温升数据采集可以直观的将对应的温升情况呈现给电气专业人员，根据温升数据变化情况，并结合局部放电在线监测信息，综合分析，可以提前发现问题所在，实现从故障检修、定期维护到预防性维护和状态检修。

2.电源类设备蓄电池在线监测

电源类设备主要包括直流屏、UPS和EPS这3类设备，在变电站中直流屏提供电力操作、信号电源，也为保护装置等重要设备提供电源，UPS为电气SCADA后台、视频监控等提供电源，EPS为变电站的应急电源，它为事故状态下变电站内照明等设施提供电源。以上3类设备都有一个特点就是都配置一定量的蓄电池，在市电失电的情况下蓄电池供电，能在一段时间保证值班人员可以正常监控、操作，是变电站的重要设备。蓄电池的性能的好坏决定着在应急状态下这3类设备能否正常工作，因此有必要在电源类设备上实施蓄电池在线监测。蓄电池在线监测系统一般由单体蓄电池监测模块、数据收集控制模块、监控系统组成，可以实现监测单体电池内阻、负极温度监测、电池容量监测、在线电池电压均衡、运行参数与告警值设定等其他功能。这样可以确保电源类设备中蓄电池始终保持良好的状况，提高电源的可靠性[2]。

3.油浸式变压器在线监测

变压器油中气体在线监测。变压器是供电系统的核心设备，用于电能的转换，运行中变压器油性能直接影响着变压器的稳定运行，也能间接地反映出一些变压器内部故障。一直以来变压器油检测通常使用变压器油采样送实验室检测，随着科学技术的发展，采用变压器油中气体在线监测可以有效避免这些问题，并有助于实现变压器的预防性检修。

变压器油中气体在线监测系统一般由油气分离、色谱分离、气体检测、数据处理与故障诊断五大部分组成。油气分离一般采用具备一定机械强度、耐油、耐高温、只渗透气体不渗油的先进高分子膜，将油中气体渗出，待油中气体和渗出气体达到平衡后，进行气体分离，实现组分分离，然后进行气体检测。气体检测完成后将检测的数据进行处理，气体检测器按色谱出峰顺序分别将各组分特征气体的浓度变换成电信号，然后A/D转换器将电信号转换为相应的数字信号，通过通信协议传给上位机，上位机存储所得到的数据，由系统软件完成数据调用、显示、测量等，同时也可以通过通信协议将数据上传至电气综合自动化系统。通过以上措施，可以实时监测变压器油中气体成分、含量，同时也可以监测变压器油微水含量，并且将采集的数据生成趋势画面，有利于电气专业人员对变压器高能量放电故障或者高热故障的判断，为变压器的状态检修提供依据，提高了检修的针对性[3]。

4.结语

上述仅对部分电气设备的在线监测技术应用进行了简要探讨，当前在线监测技术主要依托于各类高精度传感器，将采集到的信息经过通信上传至服务器上，进行数据分析判断。未来，在监测技术不断发展下，相信将不再存在未被监视的电气设备，届时将助力电气人员能够对所有电气设备可能发生、正在发生、已经发生的故障进行分析、预判，明确故障的类型、程度、原因，全面提升设备维护水平。