紅外窗口在密閉電氣柜測(cè)溫中的應(yīng)用

杜 科，劉相忠，王 玲，王慶國(guó)，佟圣奎，劉忠亞

1.本溪供電公司，遼寧 本溪 117000

2.大連中瑞科技有限公司，遼寧 大連 116021

在電力系統(tǒng)中，高壓設(shè)備的母線載流過(guò)大時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)溫度過(guò)高，使鄰近的絕緣部位性能劣化，甚至被擊穿造成事故。據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成電力系統(tǒng)事故的原因中發(fā)熱問(wèn)題占有相當(dāng)大的比例。由于連接高壓開(kāi)關(guān)觸頭和母線的位點(diǎn)處于一個(gè)極端特殊的高溫、高壓、高磁場(chǎng)、極強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境中，傳統(tǒng)測(cè)溫方法如發(fā)光材料、溫度傳感器、光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫等極易受這些因素的干擾和影響，無(wú)法通過(guò)直接接觸對(duì)這些位點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，因而就無(wú)法得知高壓設(shè)備內(nèi)部的真實(shí)工作狀態(tài)，以致經(jīng)?！皫Р　边\(yùn)行[1]。因此，必須采取有效措施監(jiān)控母線溫度。

紅外窗口是可以透過(guò)紅外線、可見(jiàn)光、紫外線的光學(xué)窗口，將其安裝在高壓設(shè)備的柜體上，用紅外熱像儀就可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行各種無(wú)損檢測(cè)和監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了電力設(shè)備的在線紅外檢測(cè)，提高了檢修效率，保證了電力設(shè)備的安全運(yùn)行。

1 密閉電氣柜傳統(tǒng)測(cè)溫方法分析

近幾年，高壓開(kāi)關(guān)柜中廣泛運(yùn)用的溫度測(cè)試方法分為:發(fā)光材料、溫度傳感器、光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫等。

1.1 發(fā)光材料法

在母線表面涂抹或粘貼一層發(fā)光材料，如不可逆型測(cè)溫紙、感溫貼片等，這些材料可隨溫度變化而改變顏色，進(jìn)而大致確定溫度范圍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但缺點(diǎn)是誤差大，可讀性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量，需要停電施工。

1.2 溫度傳感器法

常規(guī)測(cè)溫主要是通過(guò)熱電阻、熱電偶、半導(dǎo)體溫度傳感器等實(shí)現(xiàn)，其信號(hào)傳輸需要借助金屬導(dǎo)線完成，由于絕緣性能得不到保證，因此無(wú)法在高壓開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)上使用[2]。

1.3 光纖測(cè)溫法

光纖式溫度在線監(jiān)測(cè)儀其溫度傳感器固定在帶電物體表面，溫度傳感器與測(cè)溫儀之間由光纖連接，通過(guò)光纖隔離高壓和傳輸信號(hào)。這種方法雖然從根本上解決了高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)的難題，但也有其致命的缺點(diǎn)，如光纖本身易折斷、不耐高溫、絕緣性能低，在柜內(nèi)布線難度大，造價(jià)高，需要停電安裝[2]；其次由于它是觸點(diǎn)測(cè)溫，只能監(jiān)測(cè)若干點(diǎn)的溫度，而不能對(duì)設(shè)備的整體運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[1]；再者觸點(diǎn)測(cè)溫對(duì)安裝工藝有嚴(yán)格的要求，一旦安裝不到位，就不能如實(shí)反應(yīng)設(shè)備內(nèi)部的溫度而留下安全隱患[1]，因而光纖測(cè)溫得不到廣泛應(yīng)用。

1.4 紅外測(cè)溫法

紅外在線溫度監(jiān)測(cè)儀采用紅外溫度監(jiān)測(cè)傳感器進(jìn)行非接觸測(cè)溫，不需要停電就可以安裝，但也只是進(jìn)行點(diǎn)測(cè)溫，不能對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度進(jìn)行全面的檢測(cè)，且該系統(tǒng)牽涉軟件開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)集成，維護(hù)量大，成本較高[1]；紅外測(cè)溫儀或熱像儀等檢測(cè)儀器都需要打開(kāi)開(kāi)關(guān)柜門(mén)進(jìn)行測(cè)溫[1]，需要繁瑣的程序且對(duì)檢測(cè)人員和設(shè)備都不安全。

綜上所述，傳統(tǒng)的測(cè)溫方法存在很多弊端，究其原因，一是點(diǎn)測(cè)溫而非面測(cè)溫，不全面；二是電子元器件無(wú)法在強(qiáng)磁場(chǎng)、高壓、大電流的長(zhǎng)期作用下正常運(yùn)行，只要一個(gè)元件出了故障就不能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，更無(wú)法保證每天24小時(shí)全天候的工作年限；其三，安裝、測(cè)試程序繁瑣，操作不靈活，使用受限。因此，傳統(tǒng)測(cè)溫方法的使用存在很大的安全隱患。

2 密閉電氣柜內(nèi)部測(cè)溫的新技術(shù)—紅外窗口

2.1 紅外窗口的組成部件

2.1.1 金屬件L

采用優(yōu)質(zhì)材料，經(jīng)過(guò)多道工序處理，能夠達(dá)到永久不變形和抗各種環(huán)境因素侵蝕的能力，安裝時(shí)與O型密封圈一起安裝在設(shè)備面板上，其防水等級(jí)符合IP67等級(jí)的NF EN60529標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 O型密封圈

采用抗高溫橡膠材料制作而成，使用時(shí)既抗高溫又可確保水密性。

2.1.3 核心部件-光學(xué)晶體

采用單晶熔體法、氣相法、溶液法和固相再結(jié)晶制備，晶體的工作波段可透紫外線、可見(jiàn)光及紅外線（取決于工作波長(zhǎng)），使用壽命超過(guò)30年。

2.2 紅外窗口的工作原理

紅外窗口是可以透過(guò)紫外線、可見(jiàn)光、紅外線的光學(xué)窗口，將其安裝在電氣設(shè)備的殼體上，利用電力系統(tǒng)普遍使用的紅外熱像儀或測(cè)溫儀，結(jié)合《紅外導(dǎo)則》來(lái)判別發(fā)熱故障，通過(guò)紅外窗口就可對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行各種無(wú)損檢修，實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)[1]。

紅外窗口由于其材質(zhì)特殊，具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質(zhì)安全等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適用于各種高低壓開(kāi)關(guān)柜和封閉電氣設(shè)備[1]。它以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離紅外成像方式對(duì)高低壓開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，這樣用戶(hù)就能在不停電的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的紅外無(wú)損檢測(cè)，很好的解決了以往電弧及電磁輻射使紅外檢測(cè)變的不可能甚至危險(xiǎn)的問(wèn)題，為電氣設(shè)備運(yùn)行提供有效保證。

2.3 紅外窗口的功能特點(diǎn)

1）多波段、寬光譜、高透過(guò)率的透視窗口，可滿(mǎn)足紫外、紅外、可見(jiàn)光等測(cè)試要求。用戶(hù)可通過(guò)紅外成像方式對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域（連接器、斷路器）進(jìn)行預(yù)防性檢測(cè)，也可用紫外成像設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部是否有局部放電，為設(shè)備安全運(yùn)行提供非過(guò)熱故障技術(shù)依據(jù)；

2）全波段窗口可全面成像測(cè)溫，區(qū)別于傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)溫，能真正檢測(cè)到事故隱患；

3）實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢測(cè)，在線測(cè)量。用戶(hù)可通過(guò)紅外成像裝置在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行在線檢測(cè)，能有效保證高低壓開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備的安全運(yùn)行，同時(shí)也保障檢測(cè)維護(hù)人員的人身安全；

4）人性化設(shè)計(jì)，安裝快捷、使用方便。有專(zhuān)用安裝工具，改造安裝一個(gè)窗口只需幾分鐘；窗口保護(hù)蓋打開(kāi)方便，可以快速觀測(cè)、全面測(cè)溫；

5）節(jié)省開(kāi)支。開(kāi)關(guān)柜改造安裝費(fèi)用低；使用時(shí)用戶(hù)可在不中斷不干擾設(shè)備運(yùn)行前提下實(shí)施在線檢測(cè)，不必停電檢修；無(wú)需特殊維護(hù)。

3 紅外窗口在密閉電氣柜測(cè)溫中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

3.1 紅外窗口的安裝

目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的安裝方法是在密閉電氣柜體上對(duì)應(yīng)內(nèi)部需要測(cè)溫的部位開(kāi)孔，然后將紅外窗口安裝在開(kāi)孔的位置。這種方法雖然對(duì)原有柜體會(huì)造成一定程度的破壞，但操作靈活，真正實(shí)現(xiàn)全面測(cè)溫，適合于所有結(jié)構(gòu)的柜體。

本溪供電公司首次嘗試將紅外窗口固定在金屬板的中央，金屬板大小與密封電氣柜體上原有的觀察窗大小一致，用帶有紅外窗口的金屬板取代原有柜體上的觀察窗。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是既不破壞柜體結(jié)構(gòu)，又賦予了觀察窗更加強(qiáng)大的功能，缺點(diǎn)是適用范圍小，并非適用于所有結(jié)構(gòu)的柜體，測(cè)溫面積也有一定限度。

3.2 紅外窗口的使用

本溪供電公司于2011年7-12月間引進(jìn)紅外窗口。首先對(duì)50個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行改造安裝，試運(yùn)行3個(gè)月，組織專(zhuān)門(mén)的人員進(jìn)行定點(diǎn)定時(shí)連續(xù)性實(shí)踐測(cè)試。結(jié)果證明紅外窗口各方面性能都滿(mǎn)足了實(shí)驗(yàn)要求，監(jiān)測(cè)效果明顯。之后又對(duì)90個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行改造安裝。在進(jìn)行了大量的試點(diǎn)測(cè)試之后，將測(cè)試過(guò)程中通過(guò)測(cè)溫窗口熱像儀實(shí)時(shí)記錄的紅外熱圖進(jìn)行了后期分析整理，建立了熱圖檔案。在改造安裝的140個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜中，全部實(shí)現(xiàn)了無(wú)損紅外測(cè)溫檢測(cè)，起到了高效、安全、可靠、實(shí)用的檢測(cè)效果，最大限度地減少了災(zāi)難性電力事故的發(fā)生和計(jì)劃故障設(shè)備的維護(hù)和檢修。

總之，紅外窗口適用于各種高低壓開(kāi)關(guān)柜和封閉電氣設(shè)備的內(nèi)部測(cè)溫，通過(guò)紅外窗口測(cè)溫既提高了檢測(cè)的針對(duì)性,又節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力,而且能對(duì)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行多提供一層保障,對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)有著重要的意義。

[1]李亞峰, 王純.紅外測(cè)溫窗口在密封電氣柜測(cè)溫中的應(yīng)用.2010年全國(guó)輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)交流研討會(huì)論文集.在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用，2010:863-871.

[2]孟丹, 舒超君, 黃剛, 陳剛.紅外窗口在密封式開(kāi)關(guān)柜故障監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2010，37(11): 41-44.