一種新型輸電線路接點感溫實時監測裝置的設計與應用

摘要：對輸電線路接點的溫度進行實時監測有助于提高線路的傳輸容量，保證大容量輸電線路的安全穩定運行。提出了一種新型輸電線路接點感溫實時監測裝置，詳細介紹了該裝置的核心技術及設計過程，對該裝置的實際應用效果進行了分析。

關鍵詞：輸電線路；接點溫度；實時監測

作者簡介：嚴勤（1982-），男，江西新余人，江西省電力公司營銷部，工程師。（江西 南昌 330077）萬英（1987-），女，江西新余人，江西南昌供電公司調度通信中心，助理工程師。（江西 南昌 330006）

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0136-02在電力系統存在許多通過螺栓連接的電路接點，如各線纜之間，各導電排之間等等。當接點處的連接不是很好時，就會存在比較大的接觸電阻，這樣當線路負荷較重、通過的電流較大時將可能存在嚴重的發熱現象，形成故障隱患。如果不能及時發現并修復，將會反復發熱，故障越來越嚴重。當前主要采用紅外測溫裝置或其他相關測溫設備完成定期或不定期的巡檢，或可采用專門的溫度在線監測裝置。由于第一種方法采用間隔測量的方式，因此可能會出現負荷降低時故障點的溫度又重新恢復到正常水平的情況，所以其監測效果并不明顯；第二種方法雖然實現了對溫度的實時監測，但由于成本過高、維護過程非常復雜，難以在大范圍內進行推廣。

一、輸電線路接點測溫簡介

1.輸電線路接點測溫的意義

在電網的實際運行中由于電氣設備自身的溫度會發生劇烈的變化，這些變化是對電氣設備運行情況的實時反映，且與電網的可靠性存在著潛在關系，因此若變電站和輸電線路的連接點存在著溫度過熱的情況，則有可能會引發系統的短路及斷路故障，給系統的正常運行帶來極大的隱患。與地下電纜線路相比，架空輸電線路具有成本低，施工過程簡單，易于檢修的特點，因此當前架空輸電線路是電力工業的主要輸電方式。導線、絕緣子串、架空地線、接地裝置和桿塔等組成了架空輸電線路，其中導線承擔著輸送電能的任務，因此其應具有足夠的截面積以保證電能能夠正常傳輸。正常的情況下有一高壓輸電線路接點的溫度是遠遠大于導線溫度的，因此若實際中出現了電氣設備接頭或線夾質量不良或壓接頭不緊的情況，則會影響到輸電線路耐張線夾、聯板等機械連接部分的性能，這些部分在正常運行中通常會發生溫度升高的現象，使得接觸電阻增大，加劇了其老化的進程，其接點的溫度要遠遠高于導線的溫度。若電氣設備長時間處于高溫的運行狀態下，則可能引發電網的大規模事故，且金屬材質的機械強度與溫度存在著反相關的關系，溫度增加則機械強度降低，因此接點過熱則會對設備的安全運行情況造成巨大的影響，到一定程度后可能發生斷線及意外停電的事故，給國民經濟造成巨大的損失。因此，采取有效的措施對溫度進行監測是防止輸電線路接點老化的有效措施，有助于預防導線斷線及保障線路的安全溫度運行，防止輸電線路的斷電事故，為輸電線路接點老化綜合研究提供科學依據。

2.當前主要測溫方法

當前國內普遍使用溫蠟片或紅外測溫儀的方法對電氣設備接點的溫度進行監測，但由于示溫蠟片的技術已比較落后，而紅外測溫設備又由于受外部環境的因素影響較大，測溫誤差較大，難以獲得準確的數據，不能有效地實現故障檢測，且這種方法只適合定期檢測，檢測周期較長，也增加了由于漏檢而發生故障的幾率，導致這類事故得不到有效的控制，給供電造成了極大的影響。所以，需要一種能實時檢測輸電線路接點溫度并報警的裝置。為此，本文設計了一款基于居里溫度特性的輸電線路接點感溫在線指示器。該裝置能在線檢測設備的溫升情況，當監測點在任意時間超過溫度設定值時，裝置立即發出溫度越限信息指示，以引起值班人員或巡檢人員的注意。報警指示器還具有記憶功能，除非人工復位，否則將一直保持越限信號。

二、基于居里溫度特性的輸電線路接點感溫在線指示器特點

如前所述，當線路負荷降低后故障接點的溫度又往往會恢復正常，所以當采用定期巡檢測溫的方式檢測時又不一定能夠及時發現存在問題的接點。針對這些問題，我們研發了基于居里溫度特性的輸電線路接點感溫在線指示器，該裝置運用溫度變化改變磁場力大小的原理，利用材料的溫感特性，保證在溫度達到設定值時，報警指示帽部分跳起，便于巡視人員及時發現，掌握輸電線路接點的溫度變化，避免事故的發生。該裝置具有如下特點：可以隨時在線感測被測點的溫度，當被測點溫度達到或超過預定的報警溫度時必須及時做出報警指示動作，通知檢修人員處理；結構簡單，成本低廉，適合大批量推廣應用；要適應野外惡劣的工作環境，長時間在線工作穩定可靠；符合電力設備入網要求。

實踐證明，此裝置能有效地監控輸電線路節電的溫度，進而達到提高輸電線路輸送能力的目的。

三、核心技術及設計過程

1.在線指示器設計

利用熱敏鐵氧體材料的居里溫度特性來實現對超溫情況的實時監控與報警。

熱敏磁性材料主要有熱敏金屬材料和熱敏鐵氧體材料，其他還有熱敏稀土磁性材料等，它們的飽和磁感應強度隨溫度變化的特性有明顯的區別。熱敏金屬材料的飽和磁感應強度比熱敏鐵氧體材料大，而且隨溫度的變化率也大，但是制造成本高。熱敏鐵氧體是近十多年才開發出的一種用于溫度控制的軟磁鐵氧體新材料，在熱敏磁性材料中應用最廣。它具有軟磁鐵氧體材料的一般特性，如較低的矯頑力和剩磁等，它對居里溫度及居里溫度附近的物理性能有著特殊的要求。

接點溫度指示器內置預先設定好居里溫度的熱敏鐵氧體材料。根據鐵氧體材料的居里溫度特性可知：當線路接頭檢測溫度在預設鐵氧體材料的居里溫度之下時，熱敏鐵氧體具有鐵磁性；當檢測溫度高于轉變溫度時，鐵氧體迅速失去鐵磁性成為順磁體。

當檢測溫度未超過設定溫度時，由于鐵氧體的鐵磁性，通過裝置內永久磁鐵、彈簧等一系列機構，使指示器保持初始狀態（非報警狀態）；反之，由于檢測溫度超過熱敏鐵氧體的居里點，其轉變為順磁體，指示器立刻通過內部的機械裝置發出報警信號，提示過溫故障狀態，從而實現溫度狀態監測。原理框圖如圖1所示。

為了更精確地檢測線路接頭的溫度，該指示器還設置了對接頭上限溫度和下限溫度的區別報警。即在裝置的內部預先設置了兩塊不同居里點的熱敏鐵氧體材料，分別對應上限報警溫度和下限報警溫度。這樣使指示器的實用性得到了更大的提高。

2.報警描述

接點溫度指示器裝置外觀主體為圓柱體，警示信息為彈出結構，內外指示套均可彈起，為保證對達到下限和上限溫度的區別報警，在底座和內指示套外表面的中上部分別涂有不同的報警用顏色。當溫度超過下限定值時，外指示套彈起，露出內指示套的中上部，表示此時線路接頭溫度已經超過下限報警溫度，提示相關人員馬上進行處理。如果溫度繼續上升并達到上限預設報警溫度時，內指示套連同外指示套一起彈起，露出底座的中上部，表示此時線路接點的溫度已經超過上限報警溫度，如圖2所示。內指示套外表一般涂有紅色（或其他明顯顏色）報警漆，警示信息非常明顯，方便巡查人員迅速及時發現隱患。

因安裝位置與監測點需求不同，接點溫度指示器實際安裝監測溫度有所不同，如70℃ 、80℃ 、90℃等，為了方便巡視人員判讀監測點的溫度限值，接點溫度指示器用色差標識法實現溫度的表示，即用不同的內指示套顏色代表固定的監測溫度限值，溫度與內指示套顏色對應，易觀察、分辨率高。

3.機械式溫度報警結構

機械定值式報警結構為接點溫度指示器核心部分，其主要由定值熱敏鐵氧體、內外指示套、永久磁鐵、釋放機構等零件構成。定值熱敏鐵氧體作為溫度點信號采集部件，定值熱敏鐵氧體溫度點可根據實際需求（監測點設定溫度）定制。定值熱敏鐵氧體導磁性為觸發信號，釋放機構在觸發信號釋放后解除機械力，使得內外指示套彈出，發出報警指示。報警結構示意圖如圖3所示。

報警后，若溫度下降到熱敏鐵氧體的居里溫度以下，熱敏鐵氧體將恢復鐵磁性，但永久磁鐵已離開熱敏鐵氧體一段距離，此時的吸力已不足以克服彈簧的彈力，只能靠人工壓下指示套，讓兩者之間的距離減小到一定程度才能夠互相吸住、恢復到未報警狀態，這樣就保證了裝置的記憶性，即定性指明監測點溫度曾經出現的狀態。

四、安裝與應用

本文所設計的接點溫度在線指示器廣泛應用于接點的早期監測，可為紅外測溫提供可靠的依據，其除了適用于溫度監測外，還廣泛應用于變電站電纜接頭機開關柜等重要巡視點的溫度監測，可準確可靠地反映監測點的真實情況。同時由于該裝置具有溫度記憶的特點，有效地解決了人工巡檢方式所引起的隨機性缺陷，彌補了紅外測溫檢測方式的不足。在以下幾個方面接點溫度指示器都具有重要的應用價值：對溫度變化進行實時監測，準確發現隱患故障，為設備檢修提供實時參考數據；在變電站內的主要設備安裝接點溫度指示器，可方便線路狀態的巡視，降低了溫度巡視的成本；在輸電桿塔上安裝溫度指示器，降低巡視人員的工作強度及工作危險程度，減少電力企業的運行費用，保護工作人員的人身安全。

五、結論

該裝置經過部分用戶的使用檢驗，證明完全達到了設計要求，可以極大改善電網接點溫度檢測的可靠性，對及早發現故障隱患，提高電網運行的可靠性由重要意義。目前，輸電線路接點感溫在線指示器已具備投入批量生產的條件，而且其生產成本得到有效的控制，已經具備了大范圍推廣應用的條件。

參考文獻：

[1]梁儉.輸電線路增容在線監測在電力系統中的應用[J].廣東電力，

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[2]黃新波.輸電線路在線監測與故障診斷[M].北京:中國電力出版社，

2008.

（責任編輯：劉輝）