高壓開關柜在線測溫技術的研究

李偉年 俞明華

(南京天石軟件技術有限公司，江蘇 南京 210022)

1.在線測溫的作用

由于高壓開關柜的結構上具有通用性，不管是XGN還是KYN型開關柜，不同廠家配置的設備在架構上基本保持一致的，而在配置、功能和結構上也是很相似的，所以在開關柜的發熱方面有許多規律可循。

通過認真分析開關柜實際的發熱情況發現，發熱故障主要出現在開關柜內刀閘接頭和電纜接頭。因此開關柜的測溫只需要將注意力集中在某些關鍵點就可以了，其他部分關注度可以少一些，當溫度升高時，及時并且正確地監測關鍵點的變化，在溫度超過允許的限度之前要發出警告，確保運行維護單位有充分的時間準備，并且及時采取正當的防護措施避免事故的發生。

2.高壓開關柜在線測溫的特點

根據現場設備的一些具體結構和運行要求，高壓開關柜對測溫手段有一定的要求：

(1)非接觸式測溫法不適應現場的開關柜結構。根據現有的XGN和KYN型開關柜的具體結構，高壓開關柜主要包含斷電器、隔離開關、電流互感器、電纜頭等設備。柜內的導電部位全部采用絕緣熱縮包封，這是為了防止設備因為臟污受潮而引起污閃事故，又避免因為動物進去引起短路。廣電網公司在2009年反事故技術措施也明確要求“運行及未投運的移開式開關柜(KYN型開關柜)的導電臂都必須裝配絕緣套，今后進入廣電網系統運行的小車柜，開關小車導電臂必須安裝絕緣護套”，正因為如此測溫的所有部位都需要被絕緣護套包扎，這就決定了非接觸式測溫技術不能在開關柜內得到好的應用。

(2)測溫裝置高壓絕緣問題突出。由于高壓開關柜內設備帶電運行，而測溫傳感器必須安裝在被測物體的測量點上，屬于高壓設備，而信號采集裝置安裝在在柜體或者柜外，其外殼與地網相連接，則測量測溫傳感器和信號采集裝置之間存在高電壓。因此要采取正當有效的措施隔離高壓與低壓設備，同時各設備之間要保持安全距離，不能被測溫傳感器裝置所影響，否則會導致開關柜內設備故障造成事故，這些都是測溫系統工程實踐首先考慮的問題，同時也是造成開關柜測溫技術發展緩慢的原因之一。

(3)測溫裝置不能影響設備原有性能。開關柜內斷電器、隔離器開關均為可操作性設備，分合操作必須遵循其運行方式，而在線裝置的安裝不能影響到設備的性能，以上這些對與測溫裝置都有一定的要求，既要適應現場設備的具體結構，也要確保柜內測溫傳感設備安裝可靠。

(4)高壓開關柜運行環境惡劣，電磁干擾嚴重。高壓開關柜柜內采用了全密封結構，除了一部分觀察窗之外，其它部分采用金屬擋板密封。根據開關柜IP3X的防護等級，各柜體之間的距離范圍不能大于2.5mm。與此同時柜內設備運行電流很大，一些大電流柜柜體就需要數千安培的電流，甚至達到4000A，變電站內復雜的電磁環境與電磁的干擾影響了測溫系統，進而降低了測溫設備數據之間的可靠性。

3.國內外高壓開關柜在線測溫技術研究

國內外常用的測溫方法主要有兩種：接觸式測量與非接觸式測量方法。接觸式測量方法就是傳感器與被測物體直接接觸，傳感器與被測物體的溫度要保持一致。而非接觸式測量方法就是傳感器與被測物體不能直接接觸，被測設備是通過熱輻射原理來測量溫度的。就目前發展形勢來看，這兩種方法在檢測技術領域有很廣泛的研究，根據檢測的手段特征區分，主要有以下幾種特征：

(1)紅外測溫法

在直接接觸測量方法中非常有代表性的就是紅外測溫法。紅外測溫法主要依據的是斯特藩-玻耳茲曼、普朗克等人的黑輻射原理，黑體是理想化的輻射體，它們能在相同的溫度下散發出相同的電磁波譜，而與黑體的具體成分和形狀特性無關。物體表面的溫度與物體本身紅外輻射能量的大小及波長的分布有著密切的聯系，通過測量物體本身輻射紅外能量，從而測定其表面的溫度。目前的紅外測溫儀的基本組成是光學系統、紅外探測器、信號放大器與信號處理及顯示輸出等部分，核心元素是紅外探測器，它可以把入射的紅外輻射轉變成可以測量的其它形式的電信號，經過放大器與信號處理器電路按照儀器內部的算法計算和校正后轉變成了被測目標的溫度值，然后在光學系統上顯示。

(2)無線測溫法

無線測溫法是對接觸式測溫方法的改進，是為了隔離測溫設備與電力系統之間的高低壓而產生的一種新型的測溫方法。通常的無線測溫系統由分布式測溫點、數據接收器、后臺處理系統組成。分布式測溫點直接安裝在需要測溫的地方，數據接收器放置在距離開關柜一定距離的地方，分布式測溫點和數據接收器之間數據的傳輸是由無線通訊方式實現的，從而實現了高壓的隔離與測溫數據的采集，解決了高壓開關柜內觸點運行溫度不易被紅外測溫法監測的難題。無線測溫法雖然解決了測溫裝置的安全問題，但在實際應用中也發現了很多問題，其中最核心的問題就是開關觸頭位置處測溫裝置的工作穩定性問題。在實際應用中，該模塊所用的電源是從電力線獲取能量的電流感應式電源，而電力線負荷的大小決定著電源獲取的能量大小，其幅度變化很大，因而模塊時常出現供電不足的現象。針對此問題，有人建議利用電池、減少測溫裝置功耗等方法，但缺陷是電池消耗完需要定期更換，同時會因為無線發功率過小而產生電磁干擾，致使測溫數據傳輸出現錯誤，更換裝置電池則需要高壓開關柜停止供電，達不到高壓開關柜持續運行的工作要求。

(3)光纖測溫法

伴隨著光纖通訊與集成光學技術的發展，光纖傳感技術在傳感器領域表現異常活躍，與傳統的傳感技術不同，光纖傳感器的優點不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因為光纖傳感器具有光纖質輕、徑細、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、信號衰減小、集信息傳感與傳輸于一體等優點，可以解決常規檢測技術不能解決的一些測量問題。首先由于光纖本身是一種很好的絕緣材料，隔離了電力系統與測量設備之間的高壓，從而避免了測溫裝置引起的設備安全事故，同時使用光纖作為傳輸和傳感信號的載體，使得存在于電力系統環境中數據傳輸存在的強電磁干擾問題得以解決，使得測量結果更加準確。其次由于光纖撓曲性好、直徑小、重量輕，可以檢測常規傳感器所不能達到的部位。這些優點使得光纖傳感器在電力系統溫度測量方面展露了頭角，可以作為適合于高壓開關柜溫測量的主要手段。

[1]張俠.光纖光柵傳感解調方法概述[J].中國水運(下半月).2010(05).

[2]張婷，張珂殊.光纖Bragg光柵傳感器信號解調技術研究[J].光通信技術.2009(04).

[3]朱晶晶，蔣玉蓉，薛唯.光纖布拉格光柵激光器的傳感應用[J].光學技術.2008(S1).

[4]劉兆東，陳玉清.紅外測溫技術在相關領域中的應用淺析[J].信息技術.2008(12).