熒光光纖測(cè)溫技術(shù)在開(kāi)關(guān)柜中的應(yīng)用

馬力++何璐++張超++劉珊++靳衛(wèi)安

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

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜 無(wú)源光傳感器 熒光光纖溫度傳感器 在線監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)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(guó)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(guó)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(guò)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(wèn)題。在輸配電系統(tǒng)中，高壓開(kāi)關(guān)柜是重要的一次設(shè)備，承擔(dān)著開(kāi)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(guó)內(nèi)多家單位出現(xiàn)過(guò)的高壓開(kāi)關(guān)柜故障，大多數(shù)是由于開(kāi)關(guān)柜在長(zhǎng)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(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫升進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)是杜絕開(kāi)關(guān)柜此類(lèi)故障出現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題。

人工巡檢是目前對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜溫升監(jiān)測(cè)所采取的主要手段。手持式紅外測(cè)溫儀的監(jiān)測(cè)方法受到了開(kāi)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(wú)人值守、智能電網(wǎng)”的要求。因此配置高可靠性的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)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(kāi)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(guò)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(wèn)題[3]，小車(chē)式開(kāi)關(guān)插嘴的位置與固定的插頭位置在施工過(guò)程中沒(méi)有準(zhǔn)確對(duì)齊造成偏差，開(kāi)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(zhǎng)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(kāi)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(cè)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(kāi)關(guān)柜內(nèi)電纜接頭等重要部位設(shè)置測(cè)溫式探測(cè)器，針對(duì)開(kāi)關(guān)柜存在的上述問(wèn)題，并根據(jù)國(guó)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(kāi)發(fā)了一系列新型的高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)裝置。這些裝置的測(cè)溫原理大致分為如下幾類(lèi)（見(jiàn)表1）。

3 熒光光纖測(cè)溫技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）不受絕緣問(wèn)題和電磁干擾問(wèn)題的影響：熒光光纖測(cè)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(wú)需對(duì)其供電，傳感器和外部沒(méi)有電的連接，因此，熒光光纖傳感器應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)，不存在絕緣問(wèn)題及電磁干擾。

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

4 熒光光纖測(cè)溫技術(shù)的原理及實(shí)現(xiàn)方式

熒光測(cè)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(guò)測(cè)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(cè)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(guò)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(zhǎng)的光信號(hào)，該信號(hào)攜帶有被測(cè)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(cè)點(diǎn)的實(shí)際溫度。

5 熒光光纖測(cè)溫技術(shù)在開(kāi)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(cè)溫儀的安裝

光纖測(cè)溫儀安裝在開(kāi)關(guān)柜前面上部的儀表盤(pán)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(kāi)關(guān)柜觸頭上的安裝。開(kāi)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(wèn)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(kāi)關(guān)柜電纜接頭處的安裝。采用專(zhuān)用航空硅膠將傳感器粘貼在電纜接頭處后采用專(zhuān)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(zhuān)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(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

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