如何使用持續(xù)熱監(jiān)測有效降低火災風險

王 潔

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心839臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

多年來，預定的紅外熱成像檢查是通過識別配電系統(tǒng)中故障或者松動的連接達到降低火災風險的公認方法?，F(xiàn)在持續(xù)的熱監(jiān)測提供了一種更安全、更有效的方式。在美國，多個監(jiān)管機構(gòu)已經(jīng)為熱監(jiān)測設定了標準。2017 年哈茨菲爾德機場發(fā)生了一場電氣火災，原因是一個開關設備發(fā)生故障，事故發(fā)生在機場地下的一個隧道中，導致電力系統(tǒng)和備用電力系統(tǒng)癱瘓，達美航空公司表示，由于停電，他們損失了高達5000 萬美元的收入，他們不得不取消1400 多個航班。每年電氣火災都會對各種設施造成毀滅性的后果。

到目前為止，熱測量一直使用紅外熱成像技術，雖然這種方法在符合規(guī)定的情況下是有效的，但調(diào)查只在預定的基礎上進行。由于每次測試都必須在帶電的電氣設備附近進行，人員可能會處于危險之中。本文將討論如何使用持續(xù)熱監(jiān)測有效地降低火災風險。

1 持續(xù)熱監(jiān)測中低壓配電系統(tǒng)可以有效地降低火災風險

中低壓配電系統(tǒng)中連續(xù)熱監(jiān)測技術的出現(xiàn)與紅外熱成像相比，持續(xù)熱監(jiān)測提供了一種更安全、更全面的方法來檢測整個中低壓配電系統(tǒng)的熱風險。

中壓和低壓裝置故障的一個主要原因是電氣連接故障，特別是現(xiàn)場的連接。電纜、母線和抽出式斷路器的連接可能會因為不適當?shù)臄Q緊力矩或者長時間的持續(xù)振動導致連接松動而開始惡化。由于腐蝕、過度壓力或者過度摩擦而損壞的表面也會發(fā)生質(zhì)變。

頻繁變化的溫度、在寒冷的夜晚和炎熱的白天之間的波動、低電流和電壓導致連接的緊密性增加或者減少；頻繁的開/關開關會對母線和連接點產(chǎn)生電磁沖擊，導致這些連接松動；由于服務而產(chǎn)生的電氣連接問題，會使得這些情況變得更糟。

此外，在一些變電站中還發(fā)現(xiàn)了以下服務弊端：在電纜絕緣測試中，在進行直流電流測試中，必須使用電纜，在重新組裝的過程中可能出現(xiàn)以下問題：電氣潤滑未清洗或者更換、緊固力矩使用不當、接觸墊圈定位不當。在抽出式斷路器的插入過程中，由于夾具不對導致機械故障，安裝備用斷路器，當觸點已經(jīng)顯示出表面惡化或者損壞時，就會出現(xiàn)問題熱失控、連接故障和火災。

在上述任何一種情況下，一系列關鍵事件開始發(fā)生：

（1）電接觸電阻的增加加速了進一步的惡化；

（2）這種增加的阻力導致溫度上升；

（3）高溫使連接表面更加惡化；

（4）表面的進一步惡化導致接觸電阻的進一步增加；

（5）由此產(chǎn)生的熱將導致完全連接失敗；

（6）可能發(fā)生火災、閃絡和爆炸；

（7）在最嚴重的情況下，這將導致開關設備的損壞和對操作人員的嚴重傷害。

早期發(fā)現(xiàn)連接故障引起的母線溫度異常上升，在大多數(shù)情況下可以防止電氣故障和火災。因此，監(jiān)管機構(gòu)現(xiàn)在要求定期進行熱檢查，以解決配電系統(tǒng)中風險最高的部分。

最常見和傳統(tǒng)的熱檢測方法是使用紅外熱像。熱成像攝像機用于檢查電氣設備中熱風險最高的區(qū)域，熱像通常每隔6個月、12 個月或24 個月進行一次。這種方法的潛在缺點是，當連接點出現(xiàn)快速惡化時，定期調(diào)查并不能夠盡早地通知維護團隊。此外，由于安全規(guī)定，限制進入一些電氣室可能會使定期測試復雜化，并導致更多的熱風險被忽略。

紅外熱成像通常還需要在開關柜門上安裝一個紅外窗口，以提供足夠的攝像機接入測試現(xiàn)場設備。對于低壓設備，操作人員經(jīng)常要打開門板檢查連接情況，接觸點的可及性和可視性也會受到限制，尤其是使用母線時，相機的定位也會很有挑戰(zhàn)性。由于這些原因，在測試某些類型的開關設備和變壓器時，技術人員暴露在電弧閃光下有風險，存在安全問題。

最后，人工進行的紅外熱成像測量是昂貴的。即便如此，投資回報還是很高的。根據(jù)馬薩諸基州JTI 服務公司經(jīng)驗豐富的熱像技師Cody Jackson 的一篇文章，紅外熱像儀檢查，在及時維修之后，每進行1 美元的紅外檢查，就能獲得4 美元的收益。這是因為紅外檢測可以在問題引起設備故障之前發(fā)現(xiàn)問題的癥狀。

連續(xù)熱監(jiān)測是一種相對較新的解決方法，它對比紅外熱成像有幾個優(yōu)勢，甚至具有更大的潛力。與手動使用的紅外熱像方法相比，熱監(jiān)測是連續(xù)的、實時的檢測溫度上升或失控。連續(xù)監(jiān)控的優(yōu)點是紅外掃描可能會錯過關鍵時刻，但是這些時間發(fā)生在預定的掃描之間，那么它們就不太可能被熱監(jiān)測系統(tǒng)錯過。此外，熱監(jiān)測系統(tǒng)通常會提高動態(tài)管理報警能力。熱事件發(fā)生時將立即向操作和維護團隊發(fā)送警報，使他們有更多的時間在設備損壞發(fā)生之前作出反應。持續(xù)熱監(jiān)測的另一個好處是可以使用當前基本水平的溫度模型作為參考。母線和連接溫度隨流過導體的電流而波動。因此，通過了解電流，可以更好地預測母線溫度，并將其與實際溫度進行比較。這使得這種類型的分析更加準確，并提供更精確的報警靈敏度。換句話說，異常的溫度上升更容易被檢測到。

2 連續(xù)熱監(jiān)測的方法

最近有兩項創(chuàng)新可用于連續(xù)監(jiān)測應用：

2.1 中壓和低壓熱傳感器技術

這項技術依賴于在單個連接點上永久安裝的傳感器。這最適合于連接點較少的低密度應用，熱傳感器安裝在整個配電系統(tǒng)的所有重要連接點和其他熱風險位置。包括：中壓開關設備：熱傳感器應該安裝在進線、母線和抽出式斷路器連接處；MV/LV 變壓器：傳感器應位于變壓器MV 輸入繞組上；LV 母線槽：電氣母線槽也由許多連接組成，以方便分配點、拐角、彎頭或接頭包，這些接頭連接不當可能導致電氣火災風險增加的區(qū)域。幸運的是，母線槽不需要特殊的窗戶，而且經(jīng)常需要方便進行紅外掃描，它們也非常適合安裝專門為這種應用低壓開關設備設計的無線熱傳感器。

對于大進線低壓電纜和母線連接，可以使用熱傳感器來獲取單個連接點的溫度，傳感器的安裝方法：典型的熱傳感器尺寸大約為4×4 厘米。這些傳感器直接安裝在中壓和低壓連接點上，采用某種形式的捆扎系統(tǒng)。傳感器可用于新的或現(xiàn)有的安裝。只要遵循適當?shù)陌踩A防措施，低壓母線的安裝通?？梢员３蛛娐穾щ?。傳感器可用于專門的熱監(jiān)測。有些可能提供額外的功能，如溫度監(jiān)測。許多熱傳感器利用了無線連接的進步。這大大簡化了傳感器的安裝，特別是在翻新場景中。它還消除了任何隔離或絕緣問題引起的傳感線。傳感器可以設計為總線供電或電池供電，這進一步簡化了安裝。

2.2 高密度低壓機柜絕緣分解檢測

雖然熱傳感器非常適合于低密度連接點，但對小導線和低壓機柜內(nèi)高密度布線的熱監(jiān)測更具挑戰(zhàn)性。

新興的絕緣分解檢測（IDD）技術為在一定溫度范圍內(nèi)檢測電纜熱分解提供了一種有效的解決方案，為迫在眉睫的火災風險提供了早期預警。IDD 技術為市場上絕大多數(shù)低壓電纜類型提供了一種簡單可靠的方法，用于預防性檢測電纜連接問題，同時與其他現(xiàn)有的火災探測系統(tǒng)相比，具有獨特的優(yōu)勢。IDD 只需要在每一列或機柜的前端安裝一個智能傳感器。該傳感器分析氣體和顆粒，利用熱失控情況下電纜絕緣分解的行為，在任何煙霧或絕緣子惡變發(fā)生之前，機柜立柱內(nèi)任何電纜出現(xiàn)過熱情況，該傳感器都會檢測到異常問題，使解決方案更簡單、更快地安裝和集成。

請注意，熱傳感器可以很好地補充IDD 技術，前者用于所有較大的低密度連接點，后者用于低壓機柜內(nèi)較小的高密度電纜連接。

3 熱監(jiān)測的通信方法

定期手動檢查每個安裝的傳感器的溫度讀數(shù)是不現(xiàn)實的。無線連接可以全天候監(jiān)控，通過不斷掃描所有傳感器來檢測異常溫度。

傳感器構(gòu)成了一個完整的、設施范圍內(nèi)的熱監(jiān)測網(wǎng)絡。根據(jù)需要，利用無線數(shù)據(jù)集中器和其他通信接口，熱數(shù)據(jù)可以自動連續(xù)上傳至本地和數(shù)據(jù)云的分析應用程序。熱監(jiān)控可以作為核心功能提供，也可以作為電源和能源管理系統(tǒng)解決方案的模塊附加。

對于電臺、醫(yī)院、機場或者數(shù)據(jù)中心等重要建筑，電氣火災可能會導致重大的經(jīng)濟損失、人員受傷甚至死亡。中壓（MV）和低壓（LV）配電系統(tǒng)接線連接缺陷、開關、電機缺陷常常是電氣火災的根源。據(jù)一家保險公司估計大約25%的主要電氣故障是由于連接松動故障造成的。隨后，許多保險公司、國家消防管理局和許多其他監(jiān)管機構(gòu)要求每年進行熱調(diào)查，以減少這種風險，在這些要求的驅(qū)使下，熱測量熱監(jiān)控已經(jīng)成為降低各種類型建筑中錯誤連接風險的普遍做法。