王 潔

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多年來，預定的紅外熱成像檢查是通過識別配電系統(tǒng)中故障或者松動的連接達到降低火災風險的公認方法?，F(xiàn)在持續(xù)的熱監(jiān)測提供了一種更安全、更有效的方式。在美國，多個監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)為熱監(jiān)測設(shè)定了標準。2017 年哈茨菲爾德機場發(fā)生了一場電氣火災，原因是一個開關(guān)設(shè)備發(fā)生故障，事故發(fā)生在機場地下的一個隧道中，導致電力系統(tǒng)和備用電力系統(tǒng)癱瘓，達美航空公司表示，由于停電，他們損失了高達5000 萬美元的收入，他們不得不取消1400 多個航班。每年電氣火災都會對各種設(shè)施造成毀滅性的后果。

到目前為止，熱測量一直使用紅外熱成像技術(shù)，雖然這種方法在符合規(guī)定的情況下是有效的，但調(diào)查只在預定的基礎(chǔ)上進行。由于每次測試都必須在帶電的電氣設(shè)備附近進行，人員可能會處于危險之中。本文將討論如何使用持續(xù)熱監(jiān)測有效地降低火災風險。

1 持續(xù)熱監(jiān)測中低壓配電系統(tǒng)可以有效地降低火災風險

中低壓配電系統(tǒng)中連續(xù)熱監(jiān)測技術(shù)的出現(xiàn)與紅外熱成像相比，持續(xù)熱監(jiān)測提供了一種更安全、更全面的方法來檢測整個中低壓配電系統(tǒng)的熱風險。

中壓和低壓裝置故障的一個主要原因是電氣連接故障，特別是現(xiàn)場的連接。電纜、母線和抽出式斷路器的連接可能會因為不適當?shù)臄Q緊力矩或者長時間的持續(xù)振動導致連接松動而開始惡化。由于腐蝕、過度壓力或者過度摩擦而損壞的表面也會發(fā)生質(zhì)變。

頻繁變化的溫度、在寒冷的夜晚和炎熱的白天之間的波動、低電流和電壓導致連接的緊密性增加或者減少；頻繁的開/關(guān)開關(guān)會對母線和連接點產(chǎn)生電磁沖擊，導致這些連接松動；由于服務(wù)而產(chǎn)生的電氣連接問題，會使得這些情況變得更糟。

此外，在一些變電站中還發(fā)現(xiàn)了以下服務(wù)弊端：在電纜絕緣測試中，在進行直流電流測試中，必須使用電纜，在重新組裝的過程中可能出現(xiàn)以下問題：電氣潤滑未清洗或者更換、緊固力矩使用不當、接觸墊圈定位不當。在抽出式斷路器的插入過程中，由于夾具不對導致機械故障，安裝備用斷路器，當觸點已經(jīng)顯示出表面惡化或者損壞時，就會出現(xiàn)問題熱失控、連接故障和火災。

在上述任何一種情況下，一系列關(guān)鍵事件開始發(fā)生：

（1）電接觸電阻的增加加速了進一步的惡化；

（2）這種增加的阻力導致溫度上升；

（3）高溫使連接表面更加惡化；

（4）表面的進一步惡化導致接觸電阻的進一步增加；

（5）由此產(chǎn)生的熱將導致完全連接失??；

（6）可能發(fā)生火災、閃絡(luò)和爆炸；

（7）在最嚴重的情況下，這將導致開關(guān)設(shè)備的損壞和對操作人員的嚴重傷害。

早期發(fā)現(xiàn)連接故障引起的母線溫度異常上升，在大多數(shù)情況下可以防止電氣故障和火災。因此，監(jiān)管機構(gòu)現(xiàn)在要求定期進行熱檢查，以解決配電系統(tǒng)中風險最高的部分。

最常見和傳統(tǒng)的熱檢測方法是使用紅外熱像。熱成像攝像機用于檢查電氣設(shè)備中熱風險最高的區(qū)域，熱像通常每隔6個月、12 個月或24 個月進行一次。這種方法的潛在缺點是，當連接點出現(xiàn)快速惡化時，定期調(diào)查并不能夠盡早地通知維護團隊。此外，由于安全規(guī)定，限制進入一些電氣室可能會使定期測試復雜化，并導致更多的熱風險被忽略。

紅外熱成像通常還需要在開關(guān)柜門上安裝一個紅外窗口，以提供足夠的攝像機接入測試現(xiàn)場設(shè)備。對于低壓設(shè)備，操作人員經(jīng)常要打開門板檢查連接情況，接觸點的可及性和可視性也會受到限制，尤其是使用母線時，相機的定位也會很有挑戰(zhàn)性。由于這些原因，在測試某些類型的開關(guān)設(shè)備和變壓器時，技術(shù)人員暴露在電弧閃光下有風險，存在安全問題。

最后，人工進行的紅外熱成像測量是昂貴的。即便如此，投資回報還是很高的。根據(jù)馬薩諸基州JTI 服務(wù)公司經(jīng)驗豐富的熱像技師Cody Jackson 的一篇文章，紅外熱像儀檢查，在及時維修之后，每進行1 美元的紅外檢查，就能獲得4 美元的收益。這是因為紅外檢測可以在問題引起設(shè)備故障之前發(fā)現(xiàn)問題的癥狀。

連續(xù)熱監(jiān)測是一種相對較新的解決方法，它對比紅外熱成像有幾個優(yōu)勢，甚至具有更大的潛力。與手動使用的紅外熱像方法相比，熱監(jiān)測是連續(xù)的、實時的檢測溫度上升或失控。連續(xù)監(jiān)控的優(yōu)點是紅外掃描可能會錯過關(guān)鍵時刻，但是這些時間發(fā)生在預定的掃描之間，那么它們就不太可能被熱監(jiān)測系統(tǒng)錯過。此外，熱監(jiān)測系統(tǒng)通常會提高動態(tài)管理報警能力。熱事件發(fā)生時將立即向操作和維護團隊發(fā)送警報，使他們有更多的時間在設(shè)備損壞發(fā)生之前作出反應。持續(xù)熱監(jiān)測的另一個好處是可以使用當前基本水平的溫度模型作為參考。母線和連接溫度隨流過導體的電流而波動。因此，通過了解電流，可以更好地預測母線溫度，并將其與實際溫度進行比較。這使得這種類型的分析更加準確，并提供更精確的報警靈敏度。換句話說，異常的溫度上升更容易被檢測到。

2 連續(xù)熱監(jiān)測的方法

最近有兩項創(chuàng)新可用于連續(xù)監(jiān)測應用：

2.1 中壓和低壓熱傳感器技術(shù)

這項技術(shù)依賴于在單個連接點上永久安裝的傳感器。這最適合于連接點較少的低密度應用，熱傳感器安裝在整個配電系統(tǒng)的所有重要連接點和其他熱風險位置。包括：中壓開關(guān)設(shè)備：熱傳感器應該安裝在進線、母線和抽出式斷路器連接處；MV/LV 變壓器：傳感器應位于變壓器MV 輸入繞組上；LV 母線槽：電氣母線槽也由許多連接組成，以方便分配點、拐角、彎頭或接頭包，這些接頭連接不當可能導致電氣火災風險增加的區(qū)域。幸運的是，母線槽不需要特殊的窗戶，而且經(jīng)常需要方便進行紅外掃描，它們也非常適合安裝專門為這種應用低壓開關(guān)設(shè)備設(shè)計的無線熱傳感器。

對于大進線低壓電纜和母線連接，可以使用熱傳感器來獲取單個連接點的溫度，傳感器的安裝方法：典型的熱傳感器尺寸大約為4×4 厘米。這些傳感器直接安裝在中壓和低壓連接點上，采用某種形式的捆扎系統(tǒng)。傳感器可用于新的或現(xiàn)有的安裝。只要遵循適當?shù)陌踩A防措施，低壓母線的安裝通?？梢员３蛛娐穾щ?。傳感器可用于專門的熱監(jiān)測。有些可能提供額外的功能，如溫度監(jiān)測。許多熱傳感器利用了無線連接的進步。這大大簡化了傳感器的安裝，特別是在翻新場景中。它還消除了任何隔離或絕緣問題引起的傳感線。傳感器可以設(shè)計為總線供電或電池供電，這進一步簡化了安裝。

2.2 高密度低壓機柜絕緣分解檢測

雖然熱傳感器非常適合于低密度連接點，但對小導線和低壓機柜內(nèi)高密度布線的熱監(jiān)測更具挑戰(zhàn)性。

新興的絕緣分解檢測（IDD）技術(shù)為在一定溫度范圍內(nèi)檢測電纜熱分解提供了一種有效的解決方案，為迫在眉睫的火災風險提供了早期預警。IDD 技術(shù)為市場上絕大多數(shù)低壓電纜類型提供了一種簡單可靠的方法，用于預防性檢測電纜連接問題，同時與其他現(xiàn)有的火災探測系統(tǒng)相比，具有獨特的優(yōu)勢。IDD 只需要在每一列或機柜的前端安裝一個智能傳感器。該傳感器分析氣體和顆粒，利用熱失控情況下電纜絕緣分解的行為，在任何煙霧或絕緣子惡變發(fā)生之前，機柜立柱內(nèi)任何電纜出現(xiàn)過熱情況，該傳感器都會檢測到異常問題，使解決方案更簡單、更快地安裝和集成。

請注意，熱傳感器可以很好地補充IDD 技術(shù)，前者用于所有較大的低密度連接點，后者用于低壓機柜內(nèi)較小的高密度電纜連接。

3 熱監(jiān)測的通信方法

定期手動檢查每個安裝的傳感器的溫度讀數(shù)是不現(xiàn)實的。無線連接可以全天候監(jiān)控，通過不斷掃描所有傳感器來檢測異常溫度。

傳感器構(gòu)成了一個完整的、設(shè)施范圍內(nèi)的熱監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)需要，利用無線數(shù)據(jù)集中器和其他通信接口，熱數(shù)據(jù)可以自動連續(xù)上傳至本地和數(shù)據(jù)云的分析應用程序。熱監(jiān)控可以作為核心功能提供，也可以作為電源和能源管理系統(tǒng)解決方案的模塊附加。

對于電臺、醫(yī)院、機場或者數(shù)據(jù)中心等重要建筑，電氣火災可能會導致重大的經(jīng)濟損失、人員受傷甚至死亡。中壓（MV）和低壓（LV）配電系統(tǒng)接線連接缺陷、開關(guān)、電機缺陷常常是電氣火災的根源。據(jù)一家保險公司估計大約25%的主要電氣故障是由于連接松動故障造成的。隨后，許多保險公司、國家消防管理局和許多其他監(jiān)管機構(gòu)要求每年進行熱調(diào)查，以減少這種風險，在這些要求的驅(qū)使下，熱測量熱監(jiān)控已經(jīng)成為降低各種類型建筑中錯誤連接風險的普遍做法。