变电站设备箱体驱潮加热装置远程在线监测系统研究与应用

变电站设备箱体驱潮加热装置远程在线监测系统研究与应用

谢超

国网陕西省电力有限公司超高压公司  陕西 西安 710000

摘要：低温潮湿环境容易造成变电站户外设备端子箱、机构箱及汇控柜内产生凝露，导致直流接地、设备跳闸等事故的发生。目前变电站设备箱体内的加热驱潮装置通常采用独立布置方式，功能范围涵盖箱体内部，需要人工定期进行检查维护，确保加热驱潮装置工况良好，存在维护工作量大，可靠性和经济性较差等问题。本文从变电站工作实际出发，对设备箱体内加热驱潮装置运行维护提出改进提升思路，并试点应用，效果良好。

0引言

变电站是整个电网系统中的网络节点，各电压等级构成的变电站作为重要的一环，其安全稳定运行对社会正常的生产、生活秩序有着非常重要的影响。其中，各类端子箱、机构箱、汇控柜等作为变电站内一、二次设备在测控、保护、计量、通信等方面构成联系的重要中间环境，其安全健康的运行，直接关系到整个变电站的运行状况[1]。通过利用新型驱潮加热装置在线监测系统，我们可以有效避免大量的重复性开箱检查工作，并且通过实时监控箱体温湿度及设备运行情况，第一时间锁定湿度过大、温度过低或发生凝露现象的设备，进行针对性运维，极大地提高工作效率，消除安全隐患[2]。

加热器的作为设备箱体内温湿度调节的核心装置，一方面提高箱体内部温度，加快水份蒸发，另一方面促进内外部空气循环。目前，变电站常规安装方式，均在箱体中下部，具体而言，主要有以下几种方式：

（1）在设备箱体底部或箱门处配置额定功率的常投加热器。

（2）在箱体底部两侧分别配置一组加热器，一个为恒功率常开持续工作，另一个与温湿度控制器配合，通过设定好的温度、湿度参数进行开启或关闭控制。

（3）分布工设置多个小功率常开加热器，一般安装于内部空间较大的开关或GIS设备箱体内。

上述3类安装方式对监测加热器运行工况造成一定的难度，归纳起来，主要有以下几点：

（1）加热器安装位置，大多数均在箱体最深处，加之电气元件密集，造成一定的视线盲区，给加热器进行检查带来一定难度。

（2）多个加热器的情况导致检查过程繁琐，费时费力。

（3）如果发现加热器异常时，需要触碰电源引线或加热器本体对异常进行确认，容易造成触电或烫伤。

1研究背景

以一座750kV变电站为例，仅750kV设备区就有开关端子箱、汇控柜26个，刀闸机构箱（含接地刀闸）162个，开关在线监测柜、检修电源箱、YH端子箱33个，电抗器端子箱、机构箱10个，总计231个。按照每个开箱检查，通过手动启动或哈气等方式判断驱潮加热装置是否异常，然后将门锁好，加上人员来回行进过程的时间，至少需要5分钟，231个共计1155分钟（19.25小时）。初步测算，完成整个750kV设备区驱潮加热设施排查，至少需要连续不间断工作20个小时以上。而在该项目实施后，750kV设备区共计231个箱体，任何一个发生异常，会在5秒内接收到告警短信，人员只需要去处理异常设备，无需重复繁琐的开箱检查过程，浪费工作时间和人力。若能进一步推广至整个330kV设备区、主变及66kV设备区，一次完整的驱潮加热装置排查将减少工作时间60个小时以上。按照全年迎峰度夏、迎峰过冬、重要活动及节日保电至少五次专项活动涉及到加热器等设施的排查，可减少工作时间300个小时以上。同时，还能“零”时差对存在问题的加热器、温控器进行处理，极大地降低了因为箱体内部温湿度异常造成的设备事故跳闸或异常发生的概率，有非常高的应用价值。

当前的加热器在线监测系统的构建主要存在以下几个因素造成难度增大：

（1）数量庞大。加热器安装于设备端子箱、机构箱、汇控箱、电源箱、检修箱等箱体内，一个变电站的所有箱体总数可能多达几百个，个别箱内安装了多个加热器，导致数量太多，因此实施起来需要耗费大量的人力和时间。

（2）安装调试耗时较长。由于加热器是设置在箱体内部，故检查其工况时必须按照柜门关闭的状态进行试验，要考虑到静电屏蔽等问题，确保本地信号能够通过短距离无线通讯装置准确无遗漏的传至SIM卡上，并且SIM能够正确接收[3]。

（3）多种异常分类报警。要根据温控器、加热器不同的运行情况以及现场的温湿度实时变化，综合给出设备运行告警信息，要有准确的判定逻辑，不能存在告警漏洞，需在告警信息的判据设置上和现场节点信息的采集上因地制宜，结合不同的温控器、加热器以及回路进行具体改造。

（4）加热器及附属控制器质量参差，工作环境较差，损坏率高。

2技术路径

驱潮加热装置的远程在线监测系统，重在远传和告知。目前技术上，如果利用有线方式，可采用485总线或以太网实现远程监控，无线方式包括ZigBee、WiFi、GSM等。其中本项目所采用的短信息方式即为GSM实现方式，它具有成本低、覆盖范围广、和手机绑定24小时不间断在线等优点[4]。系统构成原理图如下：

主控制器用于收集温湿度控制器、加热器的运行数据，发现并报告报警信号、显示运行信息；GSM模块主要用于接收和发送异常告警信息；传感器主要用来检测现场实际环境情况；电源模块主要用来向相关设备进行供电。

而在加热器和温湿度控制器上，均是通过专用空开进行供电的，由于本项目计划采用远程方式监测设备工况，一方面监测装置是否运行正常，以正确实时发送异常短信为实现目标；另一方面则以电流值作为判断其是否正常工作的判据，即使加热器正在运行，但其工况不符合现场实际的，也应进行告知，本项目将根据温湿度控制器所设置的工作启动条件和复归条件，对加热器的实时运行参数进行远程可视化监控。

目前在运变电站设备箱体中尚无加热功能监测系统，基于此研究应用加热驱潮装置远程在线监测系统，可有效解决刀闸机构箱加热功能巡检难度大、巡检耗时长、加热功能失效不能及时发现等问题，具有创新性。该创新成果不但适用于常规变电站中的敞开式设备，同时也适用于智能变电站GIS设备。该监测系统的应用可有效地避免加热功能失效后引发的设备事故，保障设备安全稳定运行，减轻现场人员工作负担，该项目的研究成功应用前景相当广阔。

4应用情况

通过在现场实际应用验证，该系统可实时监测设备箱体内加热器的工作状态，在加热器运行故障发展前就能检测到故障，及时发出预警信息，提示工作人员进行更换维护，以保障加热器回路的稳定运行，保障电力系统的安全运行，极大的减轻运行人员繁重的工作量，降低运行成本，具备在国网系统推广的应用价值。

5经济效益及社会效益

（1）经济效益

按照国网公司变电运维五通管理规定运维要求，每月对设备箱体进行一次维护，特殊天气还需增加维护次数。一座750kV变电站共有加热器1030只，年平均维护次数约20次，每次维护需6人进行3天，按照人均200元/天，年人工维护费用为：

维护费用=6（人）×200（元）×3（天）×20(次)=7.2万元。

供电损失：全站750kV共有665个刀闸机构箱，按照年平均因加热回路故障造成一次刀闸机构损坏，引起设备事故计算。刀闸机构造价约2万元，重新更换机构恢复送电需要24小时，750kV线路平均负荷70万千瓦，造成供电损失为：

供电损失=700000（kw）×24(h)×0.5(元)=840万元。

（2）社会效益

安装变电站设备箱体驱潮加热装置远程在线监测系统，实现了加热器运行工况的在线监测与实时告警，有效避免了由于加热功能失效而未及时发现所引起的设备内部凝露造成的设备异常及事故的发生，提高了设备及主网供电可靠性，对加强陕西750kV电网联络和西电东送具有重要意义。本装置的应用由于反应故障时间迅速，可以实现告警功能，反应故障正确率高，运维人员仅需通过信息提示，实现了设备加热功能实时监测和免人工巡检，有效的解决了设备箱体加热器回路检查工作量大，难度高，耗时长，减轻了劳动强度，提高了现场工作效率。

6结束语

本文针对变电站外加热驱潮装置运行维护工作中的难点、痛点问题，通过远程在线监测系统技术研究与应用，实现了加热器运行工况的在线监测与实时告警，有效避免了由于加热功能失效而未及时发现所引起的设备内部凝露造成的设备异常及事故的发生，实现了设备加热功能实时监测和免人工巡检，有效的解决了设备箱体加热器回路检查工作量大，难度高，耗时长的问题，减轻了劳动强度，提高了现场工作效率，提高了设备及主网供电可靠性。

参考文献：
[1]王金全.地下空间配电箱防潮技术研究[J].地下空间与工程学报,2009,4：825-827.
[2]苏东青,张国灿,陈志明.断路器机构箱的防潮[J].中低压电器,2009,20（11）19-23.
[3]何叶.移动式电缆温度监控系统的实现和设计[J].光源与照明,2021(3):94-95.
[4]王海欧,叶俊,王嘉,等.基于Arduino的变电站端子箱湿湿度监控系统的设计[J].电世界,2020,61(2):26-29.

作者简介：

谢超，男，工程师/技师，长期从事750千伏变电站运维、管理工作。