馬力++何璐++張超++劉珊++靳衛(wèi)安

摘 要：為適應(yīng)國家關(guān)于建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的需要，開關(guān)柜溫度監(jiān)測的可靠性和實(shí)用性顯得尤為重要，無源光傳感器是開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測的必然趨勢，而熒光光纖溫度傳感器，基于其可靠性、實(shí)用性以及性價(jià)比高等特點(diǎn)，將是開關(guān)柜斷路器、電纜接頭溫度在線監(jiān)測的首選之一。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜 無源光傳感器 熒光光纖溫度傳感器 在線監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（b）-0052-02

“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”是我國電力系統(tǒng)發(fā)展方向，大電網(wǎng)高可靠性、高自動(dòng)化水平對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。在建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的過程中，如何高效、準(zhǔn)確地對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控是目前我們所面臨的關(guān)鍵問題。在輸配電系統(tǒng)中，高壓開關(guān)柜是重要的一次設(shè)備，承擔(dān)著開合電力線路、提供監(jiān)控保護(hù)等重要作用，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接影響著輸配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前國內(nèi)多家單位出現(xiàn)過的高壓開關(guān)柜故障，大多數(shù)是由于開關(guān)柜在長期運(yùn)行中，由于各種原因?qū)е碌牟涣紲厣斐傻?。因此，如何采取有效措施?duì)開關(guān)柜內(nèi)的溫升進(jìn)行有效監(jiān)測是杜絕開關(guān)柜此類故障出現(xiàn)的關(guān)鍵問題。

人工巡檢是目前對(duì)高壓開關(guān)柜溫升監(jiān)測所采取的主要手段。手持式紅外測溫儀的監(jiān)測方法受到了開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)的限制，使這種方式除了不能獲得準(zhǔn)確的溫度數(shù)據(jù)外，同時(shí)更不能適應(yīng)“無人值守、智能電網(wǎng)”的要求。因此配置高可靠性的高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測設(shè)備具有重要意義。

1 發(fā)熱原因

（1）觸頭接觸面絕緣性能老化。高壓開關(guān)柜的動(dòng)靜觸頭是最容易發(fā)熱的部位[2]，由于該部位接觸不良、臟污等原因，使得接觸電阻不斷增大，在大電流通過時(shí)，嚴(yán)重發(fā)熱，發(fā)展到一定階段后，則會(huì)造成嚴(yán)重的故障，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）設(shè)備的安裝工藝不當(dāng)。設(shè)備的安裝工藝不當(dāng)主要是施工質(zhì)量問題[3]，小車式開關(guān)插嘴的位置與固定的插頭位置在施工過程中沒有準(zhǔn)確對(duì)齊造成偏差，開關(guān)推入后，插頭部分會(huì)由于接觸不良引起觸頭發(fā)熱。

（3）長期振動(dòng)，缺少及時(shí)維護(hù)，使接頭松動(dòng)，造成接頭處電阻增大，容易形成發(fā)熱點(diǎn)。

（4）開關(guān)柜運(yùn)行的環(huán)境溫度、防護(hù)等級(jí)偏高以及通風(fēng)不暢等因素造成的散熱困難。

2 溫度在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀分析

按照GB50116-2014《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]第9.3.1，對(duì)于開關(guān)柜內(nèi)電纜接頭等重要部位設(shè)置測溫式探測器，針對(duì)開關(guān)柜存在的上述問題，并根據(jù)國家智能電網(wǎng)的要求以及智能變電站的實(shí)施，各科研院所和生產(chǎn)廠家開發(fā)了一系列新型的高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測裝置。這些裝置的測溫原理大致分為如下幾類（見表1）。

3 熒光光纖測溫技術(shù)的優(yōu)勢

（1）不受絕緣問題和電磁干擾問題的影響：熒光光纖測溫技術(shù)采用的材質(zhì)是絕緣材料，傳感和傳輸信號(hào)均為光信號(hào)，工作中無需對(duì)其供電，傳感器和外部沒有電的連接，因此，熒光光纖傳感器應(yīng)用于開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測，不存在絕緣問題及電磁干擾。

（2）由于其傳感探針體積小，沒有任何金屬材質(zhì)，沒有電子元器件，絕緣性能好，耐高壓，使用壽命長，后期運(yùn)行免維護(hù)，可全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測和分析開關(guān)柜觸頭的溫度。

4 熒光光纖測溫技術(shù)的原理及實(shí)現(xiàn)方式

熒光測溫的基本原理是：某些稀土物質(zhì)在受到外界光刺激后會(huì)發(fā)光，即使這種外界的激勵(lì)停止后，還會(huì)自主持續(xù)一段時(shí)間的發(fā)光，而這個(gè)持續(xù)時(shí)間是和溫度相關(guān)的，通過測量熒光余暉的時(shí)間從而反演出溫度。

基于熒光機(jī)理的測溫系統(tǒng)功能，其具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）光源發(fā)出一束光脈沖，通過耦合器調(diào)制后射入光纖傳感器中。

（2）光纖傳感器反射回一束特定波長的光信號(hào)，該信號(hào)攜帶有被測點(diǎn)的溫度因子。

（3）信號(hào)處理電路對(duì)該光信號(hào)進(jìn)行分析、計(jì)算后得出被測點(diǎn)的實(shí)際溫度。

5 熒光光纖測溫技術(shù)在開關(guān)柜中的應(yīng)用

5.1 設(shè)備安裝

5.1.1 監(jiān)控主機(jī)的安裝

該系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)安裝在控制室的監(jiān)控柜內(nèi)，并在操作員控制臺(tái)上設(shè)置一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

5.1.2 光纖測溫儀的安裝

光纖測溫儀安裝在開關(guān)柜前面上部的儀表盤后壁上，以方便日后的檢修。

5.1.3 光纖溫度傳感器的安裝

（1） 在開關(guān)柜觸頭上的安裝。開關(guān)柜的主要發(fā)熱點(diǎn)位于靜觸頭和動(dòng)觸頭的接合部位，但此部位處于絕緣套筒的保護(hù)之下，里面的空間非常狹小。因此，光纖溫度傳感器的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮此問題，同時(shí)附件的安裝應(yīng)考慮與動(dòng)觸頭保持安全距離。

（2） 在開關(guān)柜電纜接頭處的安裝。采用專用航空硅膠將傳感器粘貼在電纜接頭處后采用專用扎帶捆綁固定。

（3） 柜內(nèi)走線。柜內(nèi)電纜和尾纖要盡量沿著柜體角落走線或走專用的線槽跟二次線捆扎在一起，便于日后對(duì)柜內(nèi)的檢修。

5.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)的主要功能包含實(shí)時(shí)溫度的本地監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、高/低溫報(bào)警、高/低溫預(yù)警、歷史數(shù)據(jù)回放、報(bào)警前后曲線、溫度導(dǎo)出等功能。

6 結(jié)語

利用熒光光纖溫度傳感器，解決了開關(guān)柜的主要發(fā)熱點(diǎn)的監(jiān)測問題。熒光光纖測溫技術(shù)在開關(guān)柜內(nèi)的應(yīng)用，不受絕緣問題和電磁干擾的影響，測量準(zhǔn)確度高，體積小，使用壽命長、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并可以對(duì)多個(gè)高壓開關(guān)柜內(nèi)的接頭溫度同時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測，此技術(shù)的應(yīng)用將整體提升我國電力工業(yè)領(lǐng)域溫度在線監(jiān)測的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/50116-2013.火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2014.

[2] 皮秋如.淺談10kV開關(guān)柜發(fā)熱原因及該經(jīng)措施[J].科技創(chuàng)新論壇，2010（2）：193.

[3] 馮中超.10kV開關(guān)柜發(fā)熱原因及改進(jìn)措施探究[J].電力建設(shè)，2015（16）：84.