近年來(lái)，變壓器漏油事件時(shí)有發(fā)生。2015年，美國(guó)紐約州印第安角核電站3號(hào)反應(yīng)堆變壓器出現(xiàn)故障引發(fā)火災(zāi)；2018年，浙江某500kV變電站3號(hào)主變2號(hào)低抗開(kāi)關(guān)故障，導(dǎo)致主變?nèi)嗌崞屏褔娪?，造成大面積河流污染，進(jìn)而引發(fā)生態(tài)、環(huán)保、社會(huì)糾紛等諸多問(wèn)題，后續(xù)處理泄漏油的費(fèi)用也非常高。

通過(guò)調(diào)查和查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前變電站內(nèi)并無(wú)油泄漏的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，針對(duì)變電站事故排油系統(tǒng)長(zhǎng)期存在的難發(fā)現(xiàn)、難檢查、難控制等重要隱患，本文首創(chuàng)構(gòu)建“變電站油泄漏三級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)”，對(duì)這一新的漏油監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)應(yīng)用情況進(jìn)行評(píng)述。

1 變電站漏油現(xiàn)狀分析

1.1 漏油路徑分析

通過(guò)分析金華地區(qū)變電站發(fā)生設(shè)備油泄漏時(shí)的排油過(guò)程，發(fā)現(xiàn)漏油路徑基本類似。以某220kV變電站為例，排油路徑示意圖如圖1所示。

圖1 變電站排油路徑示意圖

由圖1可知，當(dāng)變壓器發(fā)生油泄漏事件時(shí)，排油路徑大致可以歸納為以下兩條：

1）正常路徑。大部分泄漏油流入主變貯油坑，流經(jīng)水封井后經(jīng)地下排油管道流入主變事故油池，并經(jīng)過(guò)油水分離后由總排口排出站外。正常路徑的油泄漏監(jiān)控過(guò)程如圖2所示。

圖2 正常路徑的油泄漏監(jiān)控過(guò)程

2）非正常路徑。泄漏油因主變內(nèi)部壓力原因噴射到主變貯油坑外后，部分泄漏油無(wú)法流入事故油池，而是通過(guò)排水回路進(jìn)入電纜溝、地下雨水管道，最終排出站外。非正常路徑的油泄漏監(jiān)控過(guò)程如圖3所示。

圖3 非正常路徑的油泄漏監(jiān)控過(guò)程

1.2 油泄漏監(jiān)控時(shí)間分解

針對(duì)兩條不同的排油路徑，通過(guò)對(duì)變電站油泄漏的監(jiān)測(cè)和控制時(shí)間進(jìn)行調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn)和分析，本文將油泄漏監(jiān)控時(shí)間分解，見(jiàn)表1。

表1 變電站油泄漏監(jiān)控時(shí)間分解

需要說(shuō)明的是，監(jiān)控時(shí)間是由20次模擬漏油試驗(yàn)綜合得出，人工監(jiān)測(cè)時(shí)間以泄漏油排出變電站外為準(zhǔn)（實(shí)際發(fā)現(xiàn)漏油時(shí)間可能更久，甚至達(dá)數(shù)小時(shí)），人工控制時(shí)間由抵達(dá)漏油變電站的路程時(shí)間和泄漏油處理時(shí)間組成（實(shí)際漏油控制時(shí)間可能更久，且效果一般）。

1.3 原因分析

經(jīng)過(guò)1.1節(jié)和1.2節(jié)分析，當(dāng)前變電站排油系統(tǒng)和變電站上、下水道設(shè)計(jì)存在三個(gè)不利因素：

1）油污環(huán)境監(jiān)控手段缺乏。

設(shè)備發(fā)生油泄漏時(shí)，泄漏油很快就進(jìn)入變電站地下管道，約10min后就能通過(guò)雨水管道排出站外，而變電站上下水道缺乏油污監(jiān)測(cè)設(shè)施。因此，很有可能無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)設(shè)備故障伴隨的設(shè)備漏油。即使發(fā)現(xiàn)漏油，從主站趕到事發(fā)變電站需要較長(zhǎng)時(shí)間，到現(xiàn)場(chǎng)后從采取控制措施至開(kāi)展處置也需要一定的時(shí)間，這一時(shí)間跨度很長(zhǎng)（一般超過(guò)1h），足以導(dǎo)致勢(shì)態(tài)擴(kuò)大，造成嚴(yán)重油污染。

2）事故油池容量不足。

當(dāng)前大部分變電站的事故油池容量按單臺(tái)主變油量的60%設(shè)計(jì)，因此當(dāng)事故油池不足以容納泄漏的油量時(shí)，泄漏油充滿油室和水室后將直接溢出進(jìn)入變電站雨水管道，造成站外油污染。

3）非正常路徑直接外排。

當(dāng)發(fā)生主變油泄漏到貯油坑以外時(shí)，泄漏油會(huì)就近排入站內(nèi)場(chǎng)地集水井、電纜溝，并通過(guò)雨水管路在短時(shí)間內(nèi)直接排出站外，造成站外油污染。

2 變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)整體方案

針對(duì)第1節(jié)分析和總結(jié)的問(wèn)題，構(gòu)建變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效解決漏油無(wú)監(jiān)測(cè)、難控制等問(wèn)題。變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

由圖4可知，變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)包括后臺(tái)終端、移動(dòng)終端、智能網(wǎng)關(guān)、智能漏油監(jiān)測(cè)裝置、自動(dòng)蝶閥、水位監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備。作為變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的核心大腦，智能網(wǎng)關(guān)可以從智能漏油監(jiān)測(cè)裝置、蝶閥、水位監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備采集數(shù)據(jù)，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)警處理、封堵應(yīng)答等。同時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)與后臺(tái)終端相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站泄漏油的在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制。

系統(tǒng)硬件總體布局如圖5所示，智能網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)采集模塊采用最常用的RS 485總線串口通信方式，與后臺(tái)終端服務(wù)器的通信預(yù)留以太網(wǎng)接口、GPRS模塊接口等。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

1）泄漏油監(jiān)測(cè)方案

（1）智能漏油監(jiān)測(cè)裝置

通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油水混合物的導(dǎo)電率明顯大于雨水或地下管道流水的導(dǎo)電率?；诖耍兄埔惶子臀郾O(jiān)測(cè)裝置，用三副探針實(shí)現(xiàn)三級(jí)漏油預(yù)警，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水面部分液體導(dǎo)電率以判斷液體表面是否出現(xiàn)油污成分。若裝置發(fā)出告警，則表明站內(nèi)有設(shè)備發(fā)生油泄漏，并且泄漏油已流到監(jiān)測(cè)點(diǎn)。智能漏油監(jiān)測(cè)裝置如圖6所示。

圖5 系統(tǒng)硬件總體布局

圖6 智能漏油監(jiān)測(cè)裝置

①三級(jí)漏油預(yù)警

智能漏油監(jiān)測(cè)裝置在側(cè)邊位置安裝電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)與溫度監(jiān)測(cè)探頭，通過(guò)自主開(kāi)模設(shè)計(jì)的高度調(diào)節(jié)裝置，可以調(diào)節(jié)與固定探針深入水下的位置，使裝置能夠與水面較好地接觸，同時(shí)三個(gè)側(cè)邊的高度調(diào)節(jié)裝置高度不一，以此實(shí)現(xiàn)變電站環(huán)境的三級(jí)漏油預(yù)警。三級(jí)預(yù)警示意圖如圖7所示。

圖7 三級(jí)預(yù)警示意圖

②仿生鰭減搖結(jié)構(gòu)

為應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水流沖擊、水位變化等復(fù)雜環(huán)境，確保漏油監(jiān)測(cè)裝置具備良好的抗傾覆能力，該裝置采用了仿生鰭減搖結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜水流環(huán)境下進(jìn)行裝置物理性能反復(fù)實(shí)驗(yàn)，裝置的穩(wěn)定性、防水性、耐高溫性和外殼抗壓性均在99%以上。

（2）水位監(jiān)測(cè)裝置

水位監(jiān)測(cè)使用專用水位監(jiān)測(cè)儀。監(jiān)測(cè)水封井水位，以保證起火燃燒的油流經(jīng)水封井被可靠滅火后進(jìn)入事故油池；監(jiān)測(cè)事故油池水位，以確保事故油池的油水分離功能正常，同時(shí)也確保油污監(jiān)測(cè)裝置探針始終處于液面以下。

（3）智能漏油監(jiān)測(cè)裝置布置方案

根據(jù)上述某220kV變電站的下水道布置圖，選擇4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝智能漏油監(jiān)測(cè)裝置，分別是：1號(hào)主變水封井、事故油池、總排口上游的兩路分支檢查井。漏油監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置如圖8所示。

圖8 漏油監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

通過(guò)上述4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站漏油全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)RS 485總線將監(jiān)測(cè)信息上送至智能物聯(lián)網(wǎng)，匯集數(shù)據(jù)至平臺(tái)服務(wù)器，自動(dòng)采取告警或告警加封堵措施。

2）泄漏油控制方案

根據(jù)變電站排油路徑示意圖可知，事故油池容量不足和非正常路徑直接外排情況下均會(huì)導(dǎo)致泄漏油通過(guò)雨水管道排放到變電站外，而增加事故油池容量的方法工程量大，會(huì)占用變電站內(nèi)有限的土地面積，經(jīng)濟(jì)性較差；變電站充油設(shè)備數(shù)量多，分布廣，非正常路徑的改進(jìn)可行性不高。因此，在站內(nèi)排水口上游安裝閥門將泄漏油堵截在變電站內(nèi)，再調(diào)用專用的吸油罐車將油進(jìn)行收集處置是最簡(jiǎn)單、有效的方法。

根據(jù)某220kV變電站下水道布置圖，選擇在總排口上游最靠近總排口的管路中串接手動(dòng)/電動(dòng)控制蝶閥，在接收到智能漏油監(jiān)測(cè)裝置的關(guān)閉信號(hào)時(shí)快速關(guān)閉閥門。漏油控制蝶閥安裝示意圖如圖9所示。

2.3 泄漏油三級(jí)監(jiān)控策略

1）漏油監(jiān)測(cè)

水封井、事故油池室、總排口分別裝有漏油探測(cè)設(shè)備，探測(cè)設(shè)備將探測(cè)到的信息發(fā)送給智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。三級(jí)監(jiān)測(cè)示意圖如圖10所示。

圖9 漏油控制蝶閥安裝示意圖

圖10 三級(jí)監(jiān)測(cè)示意圖

2）三級(jí)漏油監(jiān)控及報(bào)警策略

系統(tǒng)具備三級(jí)監(jiān)控功能，其監(jiān)控策略如圖11所示。

（1）第一級(jí)監(jiān)控策略：當(dāng)只有水封井探測(cè)到漏油時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)本地聲光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息推送到后臺(tái)，報(bào)警信息由指示燈+喇叭組成（該報(bào)警可本地或者遠(yuǎn)程關(guān)閉）。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)向后臺(tái)推送報(bào)警信息，后臺(tái)人員及站內(nèi)工作人員能第一時(shí)間獲得相關(guān)信息。

（2）第二級(jí)監(jiān)控策略：當(dāng)水封井、事故油池室都探測(cè)到漏油時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)本地聲光報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息推送到后臺(tái)，并且詢問(wèn)是否需要起動(dòng)智能封堵設(shè)備，當(dāng)無(wú)應(yīng)答時(shí)，自動(dòng)起動(dòng)智能封堵設(shè)備。

（3）第三級(jí)監(jiān)控策略：當(dāng)水封井、事故油池室、總排口都探測(cè)到漏油現(xiàn)象時(shí)，智能網(wǎng)關(guān)立即啟動(dòng)智能封堵設(shè)備，將油封堵在站內(nèi)，并且起動(dòng)本地聲光報(bào)警，同時(shí)將信息發(fā)送給后臺(tái)。

3 應(yīng)用實(shí)例

在某220kV變電站試點(diǎn)運(yùn)行油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)，其整體布置如圖12所示。

3.1 智能漏油監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)布置

對(duì)智能漏油監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位布置和綜合性能試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)布置如圖13所示。

3.2 漏油控制裝置現(xiàn)場(chǎng)布置

對(duì)漏油控制裝置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位布置和安裝，現(xiàn)場(chǎng)布置如圖14所示。

圖11 三級(jí)監(jiān)控策略

圖12 變電站油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)整體布置

圖13 智能漏油監(jiān)測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)布置

圖14 漏油控制裝置現(xiàn)場(chǎng)布置

3.3 油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)比

為進(jìn)一步量化泄漏油外排監(jiān)控過(guò)程耗時(shí)，本文在某變電站進(jìn)行模擬泄漏油外排試驗(yàn)，對(duì)比人工監(jiān)控和油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控的時(shí)間，重復(fù)試驗(yàn)10次，模擬結(jié)果見(jiàn)表2～表4。

進(jìn)行10次重復(fù)性人工監(jiān)控試驗(yàn)，將10次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)成正常路徑和非正常路徑，人工監(jiān)控時(shí)間見(jiàn)表2。

對(duì)油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)模擬泄漏油試驗(yàn)，重復(fù)試驗(yàn)10次，分為正常路徑和非正常路徑，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～表4。

經(jīng)對(duì)比表2～表4發(fā)現(xiàn)，正常路徑下，人工監(jiān)控時(shí)間大致在100min，實(shí)際狀況復(fù)雜，其處理時(shí)間可能遠(yuǎn)超該數(shù)據(jù)，而使用油泄漏系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)間只需要60.2s，監(jiān)控時(shí)間大幅減少，無(wú)需人工干預(yù)；非正常路徑下，人工監(jiān)控時(shí)間大致在90min，而使用油泄漏系統(tǒng)監(jiān)控時(shí)間只需要57.9s。

表2 人工監(jiān)控時(shí)間

表3 正常路徑模擬漏油試驗(yàn)結(jié)果

3.4 移動(dòng)終端應(yīng)用情況

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)移動(dòng)終端App，油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警推送、反饋信息均可在移動(dòng)終端查看，移動(dòng)終端界面如圖15所示。

表4 非正常路徑模擬漏油試驗(yàn)結(jié)果

圖15 油泄漏監(jiān)控系統(tǒng)移動(dòng)終端界面

4 結(jié)論

為消除對(duì)變電站泄漏油無(wú)實(shí)時(shí)監(jiān)控、無(wú)智能控制、無(wú)即時(shí)反饋的隱患，本文剖析當(dāng)前變電站排油系統(tǒng)的不利因素，有針對(duì)性地研制出智能漏油監(jiān)測(cè)裝置，并進(jìn)一步構(gòu)建變電站油泄漏三級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，在某變電站試驗(yàn)后得出結(jié)論：漏油的監(jiān)測(cè)和控制時(shí)間平均減少至60s左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人工處理時(shí)間100min左右，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能控制和及時(shí)告警，能夠幫助運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站漏油或由于生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的倒油等現(xiàn)象，成功實(shí)現(xiàn)防止泄漏油外排，消除了因變電站設(shè)備油外泄造成的環(huán)境污染隱患。

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、簡(jiǎn)單可靠、閉環(huán)控制效果，有效保障了充油設(shè)備運(yùn)行安全，也極大地減小了漏油外泄造成環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，在國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、發(fā)電廠、石化、化工等企業(yè)中都可廣泛推廣。

本文編自2022年第3期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“變電站油泄漏三級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的研制與應(yīng)用”，作者為顏誠(chéng)、程川 等。