谢 超，马江涛
（国网陕西省电力有限公司超高压公司，陕西 西安 710026）
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、计量以及通信等方面构成联系的重要中间环节，其安全健康的运行直接关系到整个变电站的运行状况[1]。正常情况下，由于设备箱体门处在关闭状态且保持密封完好，需要人工定期对设备箱体内元器件运行环境温湿度和调节装置进行检查维护，其检查维护过程需要反复开闭箱体门，对人员的耐心和细心程度要求较高，往往需求投入大量人力和时间。因此，结合目前该项工作的短板，围绕设备箱体排查，通过利用新型驱潮加热装置在线监测系统，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]。
1 研究背景
以一座750 kV 变电站为例，仅750 kV 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，各类设备总计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 min，则共计1 155 min（19.25 h）。初步测算，完成整个750 kV 设备区驱潮加热设施排查至少需要连续不间断工作20 h 以上。而在该项目实施后，750 kV 设备区共计231 个箱体，任何一个发生异常，则会在5 s内接收到告警短信，人员只需要去处理异常设备，无须重复烦琐的开箱检查过程，浪费工作时间和人力。若能进一步推广至整个330 kV 设备区、主变及66 kV设备区，一次完整的驱潮加热装置排查将减少工作时间60 h 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5 次专项活动涉及加热器等设施的排查，可减少工作时间300 h 以上。同时，还能近乎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。
加热器作为设备箱体内温湿度调节的核心装置，一方面能够提高箱体内部温度，加快水分蒸发，另一方面促进内外部空气循环。目前，变电站常规安装在箱体中下部，具体而言，主要有以下几种方式：（1）在设备箱体内部固定位置，安装配置恒定功率的常投加热器；（2）在设备箱体内部分别配置2 种类型的加热器，一种为恒定功率常开持续工作，另一种则与温湿度控制器配合，通过预先设定好的温度、湿度参数进行加热器的开启或关闭控制；（3）分别安装设置多个小功率常开加热器，一般安装于内部空间较大的继路器机构箱或气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）箱体。
上述3 种安装方式对监测加热器运行工况造成一定的难度，主要有以下几个方面：（1）加热器安装位置，大多数均在箱体底部或侧门处，加之电气元件密集和其他部件遮挡，造成一定的视线盲区，给加热器进行检查维护带来一定不便和困难；（2）配置多个加热器的情况导致检查过程烦琐，费时费力；（3）如果发现加热器故障，则应进一步检查确认，但工作中容易触碰电源引线或加热器本体，导致人员触电或烫伤。
目前，加热器在线监测系统的设计安装主要存在以下几个因素造成难度增大。（1）现场设备基数庞大。加热器安装于户外设备端子箱、机构箱、汇控箱、电源箱、检修箱等箱体，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。由于加热器设置在箱体内部的狭小位置，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信装置准确无遗漏地传至用户标识模块（Subscriber Identity Module，SIM），并且SIM 能够正确接收[3]。（3）多种异常分类报警。须根据温控器、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，并要有准确的判定逻辑，不能存在告警漏洞，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存在差异，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着重实现状态远传和告知，其原理如图1 所示。目前，技术上如果利用有线方式，则可采用485 总线或以太网实现远程监控，无线方式包括ZigBee、Wi-Fi、全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications，GSM）等。其中，本项目所采用的短信息方式即为GSM 实现方式，具有成本低、覆盖范围广、和手机绑定24 h 不间断在线等优点[4]。
图1 驱潮加热装置的远程在线监测系统原理
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的实际环境情况。电源模块主要用来向相关设备进行供电。
在加热器和温湿度控制器电源方面，均通过专用空开进行供电。本项目成果计划采用远程传送方式监测设备工况，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；另一方面则以电流采样值作为判别加热器是否正常工作的技术条件，即使加热器正在运行，但如果其工况不符合现场实际，则也应进行告知。本项目成果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，可有效解决户外设备箱体加热器运行工况检查巡检难度大、耗时长、加热功能失效以及不能及时发现等现实问题，具有一定的创新性和推广应用性。该项目成果不仅适用于常规变电站中的敞开式设备，同时也适用于GIS 设备。该监测系统的研究应用可有效避免因设备箱体内加热驱潮功能失效后引发的绝缘降低，进而导致设备停电事故的发生，能够保障设备安全稳定运行，大幅降低现场人员的工作负担，产生可观的安全效益和经济效益。
3 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，及时发出预警提示信息，提示变电站运维工作人员进行更换维护，以保障加热器回路的可靠运行，满足设备箱体内的环境温湿度条件，确保设备箱体内加热驱潮功能正常，极大减少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。
4 经济效益及社会效益
4.1 经济效益
按照国网公司变电运维五通管理规定的运维要求，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750 kV 变电站共有加热器1 030 个，年平均维护次数约为20 次，每次维护需6 人进行3 d，人工成本预计为每人每天200 元，每年可节约设备运维成本7.2 万元。
全站750 kV 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，引起设备故障，受累停运进行处理。刀闸机构造价约为20 000 元/台，重新更换机构恢复送电需要24 h，750 kV 线路的平均负荷为700 000 kW，按照0.5 元/（kW·h）进行计算，可避免经济损失842 万元。
4.2 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，实现了变电站户外加热器运行工况的实时告警与在线监测目标，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，提高了设备及主网安全供电可靠性，对加强陕西750 kV 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，反应故障的正确率高，实现了设备加热功能的实时监测和免人工巡检，有效解决了变电站基础类设备运维工作户外设备箱体加热器回路检查工作量大、难度高、耗时长等问题，减轻了劳动强度，提高了现场工作效率，具有广泛推广应用的价值，可在发电厂、变电站推广使用[5]。
5 结 论
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实时告警与在线监测，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的实时监测和免人工巡检，有效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，让现场人员节省更多时间从事更高技术含量的工作，提高了现场工作效率以及设备与主网安全供电的可靠性。
