高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)的研究

李偉年 俞明華

(南京天石軟件技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210022)

1.在線測溫的作用

由于高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)上具有通用性，不管是XGN還是KYN型開關(guān)柜，不同廠家配置的設(shè)備在架構(gòu)上基本保持一致的，而在配置、功能和結(jié)構(gòu)上也是很相似的，所以在開關(guān)柜的發(fā)熱方面有許多規(guī)律可循。

通過認(rèn)真分析開關(guān)柜實(shí)際的發(fā)熱情況發(fā)現(xiàn)，發(fā)熱故障主要出現(xiàn)在開關(guān)柜內(nèi)刀閘接頭和電纜接頭。因此開關(guān)柜的測溫只需要將注意力集中在某些關(guān)鍵點(diǎn)就可以了，其他部分關(guān)注度可以少一些，當(dāng)溫度升高時(shí)，及時(shí)并且正確地監(jiān)測關(guān)鍵點(diǎn)的變化，在溫度超過允許的限度之前要發(fā)出警告，確保運(yùn)行維護(hù)單位有充分的時(shí)間準(zhǔn)備，并且及時(shí)采取正當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施避免事故的發(fā)生。

2.高壓開關(guān)柜在線測溫的特點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的一些具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行要求，高壓開關(guān)柜對測溫手段有一定的要求：

(1)非接觸式測溫法不適應(yīng)現(xiàn)場的開關(guān)柜結(jié)構(gòu)。根據(jù)現(xiàn)有的XGN和KYN型開關(guān)柜的具體結(jié)構(gòu)，高壓開關(guān)柜主要包含斷電器、隔離開關(guān)、電流互感器、電纜頭等設(shè)備。柜內(nèi)的導(dǎo)電部位全部采用絕緣熱縮包封，這是為了防止設(shè)備因?yàn)榕K污受潮而引起污閃事故，又避免因?yàn)閯?dòng)物進(jìn)去引起短路。廣電網(wǎng)公司在2009年反事故技術(shù)措施也明確要求“運(yùn)行及未投運(yùn)的移開式開關(guān)柜(KYN型開關(guān)柜)的導(dǎo)電臂都必須裝配絕緣套，今后進(jìn)入廣電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的小車柜，開關(guān)小車導(dǎo)電臂必須安裝絕緣護(hù)套”，正因?yàn)槿绱藴y溫的所有部位都需要被絕緣護(hù)套包扎，這就決定了非接觸式測溫技術(shù)不能在開關(guān)柜內(nèi)得到好的應(yīng)用。

(2)測溫裝置高壓絕緣問題突出。由于高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備帶電運(yùn)行，而測溫傳感器必須安裝在被測物體的測量點(diǎn)上，屬于高壓設(shè)備，而信號(hào)采集裝置安裝在在柜體或者柜外，其外殼與地網(wǎng)相連接，則測量測溫傳感器和信號(hào)采集裝置之間存在高電壓。因此要采取正當(dāng)有效的措施隔離高壓與低壓設(shè)備，同時(shí)各設(shè)備之間要保持安全距離，不能被測溫傳感器裝置所影響，否則會(huì)導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備故障造成事故，這些都是測溫系統(tǒng)工程實(shí)踐首先考慮的問題，同時(shí)也是造成開關(guān)柜測溫技術(shù)發(fā)展緩慢的原因之一。

(3)測溫裝置不能影響設(shè)備原有性能。開關(guān)柜內(nèi)斷電器、隔離器開關(guān)均為可操作性設(shè)備，分合操作必須遵循其運(yùn)行方式，而在線裝置的安裝不能影響到設(shè)備的性能，以上這些對與測溫裝置都有一定的要求，既要適應(yīng)現(xiàn)場設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，也要確保柜內(nèi)測溫傳感設(shè)備安裝可靠。

(4)高壓開關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重。高壓開關(guān)柜柜內(nèi)采用了全密封結(jié)構(gòu)，除了一部分觀察窗之外，其它部分采用金屬擋板密封。根據(jù)開關(guān)柜IP3X的防護(hù)等級，各柜體之間的距離范圍不能大于2.5mm。與此同時(shí)柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行電流很大，一些大電流柜柜體就需要數(shù)千安培的電流，甚至達(dá)到4000A，變電站內(nèi)復(fù)雜的電磁環(huán)境與電磁的干擾影響了測溫系統(tǒng)，進(jìn)而降低了測溫設(shè)備數(shù)據(jù)之間的可靠性。

3.國內(nèi)外高壓開關(guān)柜在線測溫技術(shù)研究

國內(nèi)外常用的測溫方法主要有兩種：接觸式測量與非接觸式測量方法。接觸式測量方法就是傳感器與被測物體直接接觸，傳感器與被測物體的溫度要保持一致。而非接觸式測量方法就是傳感器與被測物體不能直接接觸，被測設(shè)備是通過熱輻射原理來測量溫度的。就目前發(fā)展形勢來看，這兩種方法在檢測技術(shù)領(lǐng)域有很廣泛的研究，根據(jù)檢測的手段特征區(qū)分，主要有以下幾種特征：

(1)紅外測溫法

在直接接觸測量方法中非常有代表性的就是紅外測溫法。紅外測溫法主要依據(jù)的是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑輻射原理，黑體是理想化的輻射體，它們能在相同的溫度下散發(fā)出相同的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀特性無關(guān)。物體表面的溫度與物體本身紅外輻射能量的大小及波長的分布有著密切的聯(lián)系，通過測量物體本身輻射紅外能量，從而測定其表面的溫度。目前的紅外測溫儀的基本組成是光學(xué)系統(tǒng)、紅外探測器、信號(hào)放大器與信號(hào)處理及顯示輸出等部分，核心元素是紅外探測器，它可以把入射的紅外輻射轉(zhuǎn)變成可以測量的其它形式的電信號(hào)，經(jīng)過放大器與信號(hào)處理器電路按照儀器內(nèi)部的算法計(jì)算和校正后轉(zhuǎn)變成了被測目標(biāo)的溫度值，然后在光學(xué)系統(tǒng)上顯示。

(2)無線測溫法

無線測溫法是對接觸式測溫方法的改進(jìn)，是為了隔離測溫設(shè)備與電力系統(tǒng)之間的高低壓而產(chǎn)生的一種新型的測溫方法。通常的無線測溫系統(tǒng)由分布式測溫點(diǎn)、數(shù)據(jù)接收器、后臺(tái)處理系統(tǒng)組成。分布式測溫點(diǎn)直接安裝在需要測溫的地方，數(shù)據(jù)接收器放置在距離開關(guān)柜一定距離的地方，分布式測溫點(diǎn)和數(shù)據(jù)接收器之間數(shù)據(jù)的傳輸是由無線通訊方式實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)了高壓的隔離與測溫?cái)?shù)據(jù)的采集，解決了高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)運(yùn)行溫度不易被紅外測溫法監(jiān)測的難題。無線測溫法雖然解決了測溫裝置的安全問題，但在實(shí)際應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)了很多問題，其中最核心的問題就是開關(guān)觸頭位置處測溫裝置的工作穩(wěn)定性問題。在實(shí)際應(yīng)用中，該模塊所用的電源是從電力線獲取能量的電流感應(yīng)式電源，而電力線負(fù)荷的大小決定著電源獲取的能量大小，其幅度變化很大，因而模塊時(shí)常出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象。針對此問題，有人建議利用電池、減少測溫裝置功耗等方法，但缺陷是電池消耗完需要定期更換，同時(shí)會(huì)因?yàn)闊o線發(fā)功率過小而產(chǎn)生電磁干擾，致使測溫?cái)?shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，更換裝置電池則需要高壓開關(guān)柜停止供電，達(dá)不到高壓開關(guān)柜持續(xù)運(yùn)行的工作要求。

(3)光纖測溫法

伴隨著光纖通訊與集成光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，光纖傳感技術(shù)在傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)異?；钴S，與傳統(tǒng)的傳感技術(shù)不同，光纖傳感器的優(yōu)點(diǎn)不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因?yàn)楣饫w傳感器具有光纖質(zhì)輕、徑細(xì)、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、信號(hào)衰減小、集信息傳感與傳輸于一體等優(yōu)點(diǎn)，可以解決常規(guī)檢測技術(shù)不能解決的一些測量問題。首先由于光纖本身是一種很好的絕緣材料，隔離了電力系統(tǒng)與測量設(shè)備之間的高壓，從而避免了測溫裝置引起的設(shè)備安全事故，同時(shí)使用光纖作為傳輸和傳感信號(hào)的載體，使得存在于電力系統(tǒng)環(huán)境中數(shù)據(jù)傳輸存在的強(qiáng)電磁干擾問題得以解決，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確。其次由于光纖撓曲性好、直徑小、重量輕，可以檢測常規(guī)傳感器所不能達(dá)到的部位。這些優(yōu)點(diǎn)使得光纖傳感器在電力系統(tǒng)溫度測量方面展露了頭角，可以作為適合于高壓開關(guān)柜溫測量的主要手段。

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