西銘礦變電站光纖測溫系統(tǒng)技術(shù)研究與實踐應(yīng)用

張小艷

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030052）

1 西銘礦測溫監(jiān)控系統(tǒng)概況

西銘礦現(xiàn)有三個35 kV 變電站（玉門、磺廠、劉巴足）和一個6 kV 冀家溝開閉所。該礦總監(jiān)控高壓開關(guān)柜數(shù)量為62 面，電纜溝長度為7 km；其中玉門變電站開關(guān)柜28 面，電纜溝長度2 km；磺廠變電站開關(guān)柜34 面，電纜溝長度2 km；劉巴足變電站電纜溝長度3 km，并設(shè)有專用電纜隔間，電纜隔間電纜為復(fù)式排列并包括壓風(fēng)機房。該礦所屬各變電站設(shè)備觸點測溫，采用分布式光纖測溫系統(tǒng)測溫監(jiān)控，均安裝測溫傳感器，通過光纖傳送，并根據(jù)要求對變電站實現(xiàn)報警、監(jiān)控和記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。機電調(diào)度實現(xiàn)分站報警監(jiān)控和集中報警監(jiān)控以及電腦自動數(shù)據(jù)上傳功能，并實現(xiàn)遙測遙信，確保供電安全[1]。

2 傳統(tǒng)測溫存在的問題

未技術(shù)改造之前，西銘礦變電站設(shè)備測溫，是靠值班員憑經(jīng)驗和人工手持紅外溫度探測儀進行逐點測溫，這種方法雖然簡單、靈活但也存在一些技術(shù)問題。例如，人工手持紅外溫度探測儀受空間、時間、光線、季節(jié)等自然條件限制；而且在測溫過程中經(jīng)常出現(xiàn)漏測、誤報現(xiàn)象，數(shù)據(jù)不能保持；其次，傳統(tǒng)的紅外溫度探測儀對封閉式高開柜的測溫，效果不夠理想，因設(shè)備多為完全封閉結(jié)構(gòu)，紅外線被金屬殼遮擋，無法穿透，測溫數(shù)據(jù)無法達到滿意效果；最后，因為測溫時工作人員需要近距離接觸高壓電，導(dǎo)致電磁輻射給值班員帶來一定的身體傷害[2]。

西銘礦供電系統(tǒng)中，除玉門變電站為室外和室內(nèi)布置以外，其他變電站和開閉所都為室內(nèi)布置。該礦6 kV 高開柜分別為KYN-6 型和XGN-6 型，是典型的室內(nèi)封閉型高開柜，高開柜的刀閘聯(lián)接點和電纜接頭部位由于是全封閉構(gòu)造，以目前紅外線應(yīng)用技術(shù)很難穿透金屬外殼對其測溫，依靠傳統(tǒng)式紅外成像測定其溫度，測溫數(shù)據(jù)尚不夠準(zhǔn)確，對變電站安全運行造成一定的限制[3]。

3 光纖測溫技術(shù)的重要意義

光纖測溫技術(shù)是靠熱敏傳感器、光纖傳輸測得溫度數(shù)據(jù)并上傳到電腦上，實時在線監(jiān)測監(jiān)控，計算機通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備實時數(shù)據(jù)進行分析和預(yù)測，防止事故的發(fā)生，讓煤礦供電運行更加安全和可靠。

變電站電氣設(shè)備火災(zāi)事故主要是由于設(shè)備過熱引起的故障。例如高壓電纜的局部放電、高壓開關(guān)柜的動靜觸頭等位置，由于裸露帶電部位壓接不良等原因，在大電流作用下，接觸部位觸點溫度升高，觸點氧化引起燒毀設(shè)備等危險事故，給供電造成一定的安全隱患，變電站事故90%以上都為溫度過熱，其中電纜接頭和刀閘觸頭的熱故障占整個故障的70%。

隨著科學(xué)技術(shù)進步，光纖測溫監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)，徹底地解決了變電站只能被動依靠傳統(tǒng)紅外線測溫技術(shù)難題，同時也打破了技術(shù)“瓶頸”，從而實現(xiàn)了煤礦供電系統(tǒng)對運行設(shè)備的實時在線檢測。光纖感溫測溫系統(tǒng)要比傳統(tǒng)人工手持紅外儀測溫技術(shù)先進，其采用人工智能技術(shù)對供電設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，又通過光纖上傳電能，進行大數(shù)據(jù)分析、對比和故障分析，提供有效的判斷依據(jù)，對降低檢修成本和節(jié)約成本起到重要意義[4]。

4 西銘礦分布式光纖測溫監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

4.1 分布式光纖測溫工作原理

分布式光纖測溫被應(yīng)用于變電站的高壓開關(guān)柜測溫系統(tǒng)中。具體方法是采用帶有熱塑料外護套的光纖電纜進行高開柜“零距離”實時溫度監(jiān)控監(jiān)測。對高壓開關(guān)柜內(nèi)容易發(fā)熱部位實時全方位掃描體檢，并且能與高開關(guān)柜的除濕功能和通風(fēng)系統(tǒng)配合使用，可以使柜內(nèi)的溫度始終保持在允許的范圍內(nèi)，測得數(shù)據(jù)會更加精準(zhǔn)，效果更加良好。將光纖纏繞在柜體內(nèi)電纜接頭上、室內(nèi)高壓開關(guān)柜靜觸頭部位、母線銅板部位等，對其帶電體進行實時溫度測溫，及早發(fā)現(xiàn)被測點溫度是否出現(xiàn)故障，并提醒工作人員第一時間采取措施[5]。

4.2 實施方案

以西銘礦磺廠變電站室內(nèi)XGN-6 型6 kV 開關(guān)柜的實施方案為例。具體實施方案在每個開關(guān)柜的內(nèi)部安裝光纖溫度傳感器，采集溫度數(shù)據(jù)；在主控制室內(nèi)安裝高精度光纖信號解調(diào)系統(tǒng)，對高開關(guān)柜需要檢測的溫度進行數(shù)據(jù)采集、分析，上傳電腦后臺實時監(jiān)控其系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

圖1 西銘礦璜廠XGN-6 kV 高壓開關(guān)柜溫度光纖在線檢測系統(tǒng)示意圖

4.3 磺廠6 kV 高開關(guān)柜內(nèi)傳感器的安裝

在每個XGN-6 高開關(guān)柜內(nèi)安裝光纖溫度傳感器，信息如表1 所示。

表1 開關(guān)柜內(nèi)光纖溫度傳感器安裝位置列表

磺廠光纖布置在XGN-6 高壓開關(guān)柜。通過對開關(guān)柜下靜觸頭和電纜接頭的溫度監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)下靜觸頭和電纜接頭運行中出現(xiàn)的異常，例如，因絕緣破損造成的溫度過高等常見故障，而且具備溫度報警、光纖斷裂報警等功能，并能顯示、記錄測溫數(shù)據(jù)等信息，如圖2 所示。通過對母線室電纜環(huán)境溫度的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)母線室工作過程中出現(xiàn)的溫度過高問題，且具備溫度報警、光纖斷裂報警等功能，并能顯示、記錄測溫數(shù)據(jù)、報警位置等信息，如圖3 所示。

圖2 主開關(guān)柜光纖溫度傳感器示意圖

圖3 母線室傳感器布置示意圖

4.4 電纜溝測溫光纜的固定

1）測溫光纜對電纜溝采取S 形敷設(shè)，測溫光纜放置于電纜溝側(cè)壁，如圖4 所示。

圖4 電纜溝測溫示意圖

2）測溫光纜綁扎固定，固定間距為0.9 m。在測溫光纖上掛設(shè)標(biāo)牌，標(biāo)識測溫光纖起止點名稱、測溫光纖距起點長度、編碼號等信息。

3）接頭盒應(yīng)固定安裝電纜溝側(cè)壁上。井下使用的光纜需提供MA 認(rèn)證。

光纖將數(shù)據(jù)上傳給變電站計算機實現(xiàn)分別監(jiān)控，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；調(diào)度中心實現(xiàn)分站報警監(jiān)控和集中報警監(jiān)控，實現(xiàn)遙測遙信。

5 社會效益情況和推廣應(yīng)用

技術(shù)改造后，西銘礦各35 kV 變電站測溫廣泛應(yīng)用紅外點測儀和紅外成像儀加分布式光纖測溫，三種方案相互配合可有效對供電設(shè)備進行測溫。其中先進的光纖測溫技術(shù)的運用，也逐漸被值班員所認(rèn)可，尤其是其良好的絕緣性能和穩(wěn)定性，能保障供電安全和可靠，同時降低設(shè)備故障率，使供電質(zhì)量提高90%，還可節(jié)約兩名維修員人工成本約7 萬元，因此，分布式光纖測溫監(jiān)控技術(shù)完全符合變電站值守的需求。通過實踐應(yīng)用得出，分布式光纖測溫技術(shù)將會成為智能化變電站標(biāo)配。