母線在線式紅外溫度測控保護(hù)方法研究

鄭 威

（云南三環(huán)中化化肥有限公司，云南 昆明650113）

0 引言

電力系統(tǒng)中因母線接觸不良導(dǎo)致的故障占電力故障的10%以上，因此必須提高母線本體及母線連接處的可靠性。在電力系統(tǒng)中除了采用電流檢測執(zhí)行過載保護(hù)外，還應(yīng)對母線溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和保護(hù)，才能有效防止因超溫造成的熱燒毀和絕緣老化帶來的擊穿故障。

母線溫度長期以來一直停留在人工巡視觀察階段，例如采用可變溫膠觀察、紅外線測溫儀測試，難以形成系統(tǒng)性的監(jiān)測和分析。隨著變電站實(shí)行無人值班化，母線溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)測就成為必要要求，傳統(tǒng)開關(guān)柜母線實(shí)時監(jiān)測多采用接觸式熱電阻、熱敏傳感器等作為采集元件，其缺點(diǎn)是維修時需要停電，影響生產(chǎn)，容易受干擾而信號失真。

1 母線過熱原因分析

（1）母線截面和保護(hù)電器選型不合理，母線長期工作允許溫度遠(yuǎn)小于電氣設(shè)備接線端允許溫度，即使在正常電流下運(yùn)行也會使它們連接處的工作溫度超過其長期工作允許溫度。

（2）接觸電阻的大小直接影響母線溫升。接觸電阻與接觸面壓力、接觸材料和固定金具形式有關(guān)，公式如下：

式中，Rt為接觸電阻；Kj為材料系數(shù)，與接觸材料和表面加工有關(guān)；F 為接觸面壓力；m 為接觸系數(shù)，與固定金具和接觸方式有關(guān)。

根據(jù)式（1）可知，影響接觸電阻的主要是材料屬性、接觸壓力和接觸方式。

1）Kj——材料系數(shù)，接觸材料的電阻率、硬度、強(qiáng)度、表面耐氧化性及電化學(xué)腐蝕性等均影響接觸電阻大小，因此在母線選擇時，一般選用銅、銅鍍錫、銅鍍銀、鉛和鋁等材料，但實(shí)際上多數(shù)金屬材料純度不高，電導(dǎo)率不滿足要求，母線接觸表面處理不平整、不光滑，存在毛刺，未涂專用導(dǎo)電脂等，導(dǎo)致有效接觸面積減少、接觸電阻增大而發(fā)熱。

2）F——接觸壓力，母線連接處螺栓多存在未緊固到位的問題，電磁共振使母線連接處螺栓松動，緊固螺栓壓力減小，特別是鋁質(zhì)母線，強(qiáng)度低、彈性系數(shù)小，當(dāng)螺母的壓力達(dá)到某個臨界壓力值時，將會造成接觸面隆起，反而使接觸面積減少、接觸電阻增大，從而影響接觸效果。

3）m——接觸系數(shù)，母線連接處一般采用螺釘壓緊，常采用面接觸法和點(diǎn)接觸法，后者接觸電阻較大，導(dǎo)體發(fā)熱量較低。

（3）金屬的熱膨脹效應(yīng)，鋼制構(gòu)件的金屬膨脹系數(shù)比鋁制和銅質(zhì)小，在運(yùn)行中隨著負(fù)荷電流及溫度的變化，鋁制和銅質(zhì)構(gòu)件的膨脹收縮將產(chǎn)生蠕動即塑性變形，當(dāng)接頭處的運(yùn)行工作溫度大于70 ℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面移位，形成空隙甚至氧化，當(dāng)電流減小和溫度降低時，接觸面會收縮，接觸面氧化膜的覆蓋會使材料系數(shù)和接觸系數(shù)都發(fā)生變化，每次溫度變化的循環(huán)所增加的接觸電阻，將會使下一次循環(huán)的發(fā)熱增加，形成了發(fā)熱的惡性循環(huán)。

2 溫度測控保護(hù)措施

云南三環(huán)中化化肥有限公司針對母線過熱自主研究開發(fā)了非接觸式在線紅外溫度測控保護(hù)裝置（IRMC01－×/×kV 系列），它采用國外精密紅外傳感器、高集成度單片機(jī)、專用電子電路和高效能的執(zhí)行元件，實(shí)現(xiàn)了母線及母線接頭處實(shí)時溫度監(jiān)測、上限報警和上上限跳閘等功能，其原理如圖1所示。

圖1 非接觸式在線紅外溫度測控保護(hù)裝置原理示意圖

IRMC01－3/0.4kV 在線式紅外測溫裝置不接觸母線，其通過測量目標(biāo)發(fā)射的紅外輻射強(qiáng)度計算出物體表面溫度，3個在線式紅外測溫探頭安裝在配電柜后蓋，分別檢測A、B、C 相母線溫度，將實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至測控保護(hù)裝置并進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，根據(jù)上限輸出和上上限輸出實(shí)現(xiàn)報警和跳閘功能。

例如，普通型成套電氣設(shè)備分支母線相互連接處及分支母線與電氣端子連接處（Cu－Cu）最高允許溫度為80 ℃，因此設(shè)定T1≥75 ℃、T2≥75 ℃、T3≥75 ℃上限相通道報警，設(shè)定T1or T2or T3≥80 ℃上上限跳閘進(jìn)線柜。

3 IRMC系列溫度測控保護(hù)裝置功能簡介

（1）非接觸式在線紅外測溫探頭可以方便地測量難以接近的目標(biāo)，便于維修，它采用不銹鋼殼體，帶M18×1 螺紋，可直接安裝，也可通過使用安裝支架進(jìn)行安裝，可調(diào)安裝支架能夠使測量頭的調(diào)節(jié)更加方便。

（2）IRMC測控保護(hù)裝置融合了無紙記錄儀的設(shè)計理念，通過高性能微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一方面在高分辨液晶顯示屏幕上以多種形式的畫面顯示出來，另一方面把這些監(jiān)察信號的數(shù)據(jù)存放在儀表內(nèi)部的大容量存儲芯片內(nèi)，以便在儀表上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)圖形查詢、翻閱和打印。IRMC 系列溫度測控保護(hù)裝置系統(tǒng)組態(tài)簡單，可以與組態(tài)王、力控等軟件進(jìn)行通訊，深入挖掘系統(tǒng)功能。IRMC 系列溫度測控保護(hù)裝置還設(shè)置了U 盤直接拷貝保護(hù)裝置的組態(tài)文件和數(shù)據(jù)文件，方便了用戶的使用。

4 結(jié)語

IRMC系列溫度測控保護(hù)裝置主要針對母線溫度測控和保護(hù)，也對電力電纜、斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、組合電器等具有重要的參考借鑒意義。通過IRMC 系列溫度測控保護(hù)裝置對電氣設(shè)備的發(fā)熱進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控分析，及時排查故障，能有效保護(hù)電力設(shè)備的正常運(yùn)行。

［1］方大千，方亞敏.實(shí)用電工電子查算手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

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