10kV高壓開關(guān)柜光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用研究

楊希

摘要：根據(jù)礦井實(shí)際需求，礦井變電站采用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)14個(gè)10 kV高壓開關(guān)柜中的168個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行了溫度監(jiān)測(cè)，應(yīng)用效果良好，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫度監(jiān)測(cè)、顯示、預(yù)警等功能的一體化，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可有效杜絕高壓開關(guān)柜發(fā)熱事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng);10 kV高壓開關(guān)柜;光纖傳感器

0 引言

礦井變電站中10 kV高壓開關(guān)柜是不可或缺的重要設(shè)備，其直接連接著變電站及電流分配線路，具有電流輸送及開斷的功能。10 kV高壓開關(guān)柜供電穩(wěn)定，長(zhǎng)期運(yùn)行過程中容易發(fā)熱，當(dāng)溫度超過設(shè)備的額定溫度后，容易引發(fā)跳閘事故，嚴(yán)重情況下造成供電系統(tǒng)癱瘓，影響礦井的正常運(yùn)行。為此，眾多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，其中光纖測(cè)溫技術(shù)因?yàn)椴皇芨邏洪_關(guān)柜結(jié)構(gòu)限制且測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確而備受關(guān)注。

本文根據(jù)實(shí)際需求，采用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)10 kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)過程中系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，實(shí)現(xiàn)了溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、預(yù)警等功能一體化，應(yīng)用效果良好。

1 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)工作原理

礦井井下變電站主要通過10 kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行電流輸送，其與主變電柜及電流分配線路連接，直接控制著電流的開斷，因?yàn)檩斔碗娏髁枯^大，高壓開關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上井下工作空間狹小，難以實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜的實(shí)時(shí)測(cè)溫目的。目前礦井井下變電站主要采用KYN型中置移開式高壓開關(guān)柜，這種高壓開關(guān)柜體積較小、密封性良好、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)行過程中電流負(fù)荷較大，發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《交流高壓電器在長(zhǎng)期工作時(shí)的發(fā)熱》（GB 763—1990）相關(guān)要求：“10 kV高壓開關(guān)柜額定最高溫度為75 ℃，長(zhǎng)時(shí)間高溫作業(yè)下，容易導(dǎo)致連接部位松動(dòng)，嚴(yán)重情況下將發(fā)生安全事故。”因此，對(duì)10 kV高壓開關(guān)柜進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

本文主要采用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)高壓開關(guān)柜進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)溫系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示，其具體工作原理：系統(tǒng)的脈沖光信號(hào)主要通過半導(dǎo)體SLD發(fā)出，光信號(hào)通過放大器放大后傳送至傳感器，傳感器將接受到的信號(hào)返回至光纖中，在光時(shí)延線的作用下，形成一系列脈沖序列，隨后依次經(jīng)過光探測(cè)器、放大器到達(dá)信號(hào)控制中心，得到處理過后的脈沖序列，這些序列中包含了設(shè)備運(yùn)行過程中具體的溫度參數(shù)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量工作。

2 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)工程應(yīng)用實(shí)例

本文根據(jù)礦井實(shí)際配電情況，在10 kV高壓開關(guān)柜中運(yùn)行溫度測(cè)試系統(tǒng)。

2.1? ? 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)作用及特點(diǎn)

光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)具備抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、耐輻射等特點(diǎn)，可以在惡劣的環(huán)境中安全運(yùn)行，除此之外，系統(tǒng)還具有一定的自檢和校準(zhǔn)功能，如果系統(tǒng)在運(yùn)行過程中光纖受損，憑借自檢功能可以準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，將故障信息反饋到計(jì)算機(jī)后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障信息的處理，并通過顯示屏進(jìn)行顯示，工作人員可根據(jù)顯示屏顯示的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行相關(guān)操作。光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)特點(diǎn)如下：

（1）系統(tǒng)可對(duì)開關(guān)觸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);

（2）顯示界面顯示了設(shè)備運(yùn)行過程中各參數(shù)的具體狀況，并可繪制相關(guān)曲線，及時(shí)保存歷史曲線，方便工作人員查看;

（3）顯示界面上不同部位均設(shè)有報(bào)警提醒，相應(yīng)位置發(fā)生故障后，顯示界面上的報(bào)警會(huì)提示故障點(diǎn)名稱;

（4）系統(tǒng)具有持續(xù)性溫度監(jiān)測(cè)功能，不僅保留溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還可實(shí)現(xiàn)手機(jī)-計(jì)算機(jī)一體化，工作人員可通過手機(jī)查看報(bào)警信息;

（5）系統(tǒng)具有一定的可擴(kuò)展功能，可與礦井消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)發(fā)生安全事故后，系統(tǒng)可及時(shí)關(guān)閉防火門及通風(fēng)機(jī)，防止故障范圍繼續(xù)擴(kuò)大。

2.2? ? 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)安裝

光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)的安裝需保證良好的接地性，系統(tǒng)安裝在主控臺(tái)位置，監(jiān)測(cè)光纖、監(jiān)測(cè)主機(jī)以及顯示器等設(shè)備均安裝在機(jī)柜內(nèi)，電源為220 V的交流電，電源主要由站內(nèi)提供，然后輸送給監(jiān)測(cè)主機(jī)，需保證電源的不間斷供電。

光纖傳感器是溫度監(jiān)測(cè)器的核心，其體積較小，主要用于開關(guān)觸點(diǎn)、電壓端頭以及母線連接處等部位的監(jiān)測(cè)。為了保證監(jiān)測(cè)安全性，光纖傳感器禁止安裝在開關(guān)的操作部位以及碰撞部位，光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)光纖傳感器布置簡(jiǎn)圖如圖2所示，從圖中可以看出，光柵傳感器主要安裝在三相靜觸頭處，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求，高壓開關(guān)柜中共布置了12個(gè)光纖傳感器，通過耐高溫的強(qiáng)力粘結(jié)劑將光纖傳感器與靜觸頭連接，為了防止爬電，光纖外露長(zhǎng)度需大于2.6 m，為了監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，高壓柜內(nèi)光纖需進(jìn)行適當(dāng)彎曲，保證彎曲半徑大于5 cm，且測(cè)溫點(diǎn)爬距必須大于25 cm。

3 光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用效果

本次應(yīng)用針對(duì)礦井14個(gè)10 kV高壓開關(guān)柜，共168個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，每個(gè)高壓開關(guān)柜有12個(gè)光纖傳感器，測(cè)量位置主要集中在開關(guān)母線、開關(guān)CT側(cè)和電纜、線路側(cè)。2019年8月19日測(cè)溫系統(tǒng)安裝完成后，一直運(yùn)行至2020年3月24日，在運(yùn)行期間各個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度均在正常范圍內(nèi)，測(cè)得的數(shù)據(jù)良好，無(wú)故障發(fā)生。

光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)不僅具有良好的測(cè)溫性能，還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)礦井統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，自2010年起共發(fā)生過一起高壓開關(guān)柜高溫造成的安全事故，高壓開關(guān)柜刀閘隔離發(fā)生故障，造成電路保護(hù)動(dòng)作，致使1201開關(guān)和2510開關(guān)跳閘，最終造成變壓器車柜燒毀，整個(gè)高壓開關(guān)柜中各個(gè)零件均有燒熔變形現(xiàn)象，造成本次事故的主要原因是車柜中彈簧動(dòng)力不足，在高負(fù)荷運(yùn)行條件下，接觸不良的位置發(fā)熱嚴(yán)重，引起放電現(xiàn)象，最終導(dǎo)致了短路及跳閘事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸部位的監(jiān)測(cè)，因此無(wú)法掌握設(shè)備運(yùn)行過程中的具體情況，2010年造成的這起安全故障共停電150 h，在停電期間造成供電損失約470萬(wàn)元，燒毀損壞的設(shè)備眾多，直接損失60萬(wàn)元，累計(jì)損失530萬(wàn)元。此外，斷電造成的停產(chǎn)以及大量設(shè)備維修費(fèi)用均無(wú)法估計(jì)，損失嚴(yán)重。而采用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開關(guān)柜各個(gè)部件的溫度監(jiān)測(cè)，并有及時(shí)預(yù)警功能，當(dāng)部件發(fā)生故障后可以及時(shí)進(jìn)行搶修，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)礦井井下變電站10 kV高壓開關(guān)柜容易發(fā)生的安全事故，采用光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)高壓開關(guān)柜各敏感部件進(jìn)行了溫度監(jiān)測(cè)，測(cè)試期間，各部件測(cè)點(diǎn)溫度均在正常范圍內(nèi)，運(yùn)行狀況良好，保證了變電站供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，該系統(tǒng)值得大力推廣。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 韓玉蘭，蘆興，路燦，等.高壓開關(guān)柜隔離觸頭溫度紅外檢測(cè)系統(tǒng)的研制[J].高壓電器，2008，44（6）：578-581.