輸電線路接點溫度在線監測儀研究

行 舟 朱建軍 紀青春 徐向軍 曹少軍

（蘭州供電公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

電力設備的溫度與其運行狀況密切相關，在正常運行條件下電力設備的溫度保持在一定范圍內，但是在異常時，電力設備的溫度則會急劇上升。輸電線路上線路之間的接點以及電氣設備之間的聯接點是受溫度上升影響最大的薄弱環節。處于正常運行狀態的高壓輸電線路接點溫度不高于線路導線的溫度，隨著負荷的增大，或者接點出現了連接不良、引流線夾腐蝕或緊固螺栓松動等問題時，由負荷增加或局部放電引起的接點發熱會影響接點的金屬部分電阻增大，并造成溫度進一步升高，形成惡性循環，直至釀成事故[1]。

目前為保證電網的安全運行，在用電高峰季來臨之前均需要對高壓輸電線路的接點進行全面的檢測[2]。電力系統原來一直使用紅外測溫儀或熱成像儀進行定期檢測[3-4]，但在兩次巡檢中間發生溫度過高時，則不能有效檢測故障現象。另外紅外測溫設備受外部環境因素影響較大，對有些設備無法進行測溫。基于居里溫度的輸電線路接點溫度監測儀利用了材料的溫感特性，當任何時候發生溫度越限時，能夠給出溫度越限指示，提示巡檢人員發現發熱重大缺陷并及時消除安全隱患。

1 監測儀工作原理

1.1 居里溫度

居里溫度是指鐵磁性材料轉變成順磁性材料的過渡溫度或臨界溫度，也稱居里點或磁性轉變點。當溫度比居里點低時，此材料為鐵磁體，具有鐵磁性，這時與材料相關的磁場難以變化。當溫度比居里點高時，此材料變為順磁體，磁體的磁場易受周圍磁場因素影響[5-6]。

1.2 監測儀結構設計

輸電線路接點溫度監測儀利用熱敏鐵氧體具有的居里特性對溫度變化進行監視。監測儀內固定有預先設定好居里溫度的熱敏鐵氧體材料，正常運行情況下，接點溫度達不到監測儀內的熱敏鐵氧體的設定溫度，即熱敏鐵氧體具有鐵磁性；當接點溫度升高達到監測儀設定溫度時，內部的熱敏鐵氧體變為順磁體，迅速失去鐵磁性。利用熱敏鐵氧體的鐵磁性與彈簧機構構造輸電線路接點溫度監測儀，結構如圖1所示。

永久磁鐵嵌在內指示套頂部，上面是下限溫度熱敏鐵氧體，兩側為彈簧機構1，頂部固定在外指示套上；永久磁鐵下面是上限溫度熱敏鐵氧體，與兩側彈簧機構2一起固定在底座上端。定位槽內壁有螺紋，用于與接頭上的螺絲連接。

上、下限溫度熱敏鐵氧體具有不同居里溫度。上限溫度熱敏鐵氧體、永久磁鐵與彈簧2配合實現上限溫度指示報警，下限溫度熱敏鐵氧體、永久磁鐵與彈簧1配合實現下限溫度指示報警。初始狀態（未報警）時，上、下限溫度熱敏鐵氧體均具有鐵磁性，彈簧機構1和2由于磁力作用處于壓縮狀態，指示套與底座重合。若輸電線路接頭溫度上升到溫度下限值，下限溫度熱敏鐵氧體變為順磁體，失去鐵磁性，彈簧機構1失去約束力而釋放，外指示套彈起，溫度監測儀處于越下限溫度報警狀態，如圖2（a）所示。如溫度上升到上限溫度，上限溫度熱敏鐵氧體也瞬時失去鐵磁性，永久磁鐵的吸力消失，彈簧機構2釋放，內指示套彈起，溫度監測儀處于越上限溫度報警狀態，如圖2（b）所示。

圖2 溫度監測儀報警指示狀態

底座和在內指示套的外面安裝定位用的固定凸肩。為保證報警狀態的可辨識性以及夜間巡視的可視性，底座和內指示套外表面分別涂有不同醒目顏色的反光漆，以識別溫度監測儀的報警狀態。

在報警狀態下，熱敏鐵氧體在彈簧機構的彈力下離開永久磁鐵一段距離，即使溫度恢復到限值一下，此時的吸引力小于彈力，所以溫度監測儀將保持報警狀態。若要恢復到未報警狀態，只能靠外力將指示套壓下使熱敏鐵氧體靠近永久磁鐵，使兩者吸合。

實驗室內溫度試驗表明，對于設定報警溫度限值70℃的溫度監測儀，在不同外界環境溫度時進行動作測試，溫度監測儀均能正確進行報警。在環境溫度17.5℃時，平均動作溫度誤差為3℃，在環境溫度70℃時，平均動作溫度誤差為1.8℃，均不超過設計要求的±4℃。

2 監測儀的改進模型

為使在線監測儀的結構更加簡單實用，降低加工成本并保證監測儀對溫度的測試更加準確、靈敏，本文在原有監測儀的基礎上提出了一種新的改進模型。改進的溫度監測儀主要包括指示套、彈簧、熱敏鐵氧體、永久磁鐵以及感溫蠟等部分。指示套蓋上固定有感溫蠟或其它的不可逆性變色漆，感溫蠟或變色漆的感溫溫度低于熱敏鐵氧體的居里溫度，隨著設備溫度的升高，當達到下限預設報警溫度時，剛好達到感溫蠟或感溫涂料的動作溫度，感溫蠟熔化或感溫涂料發生變色，給予巡檢人員報警指示。

3 監測儀的應用

目前根據上述輸電線路接點感溫在線監測儀模型設計的電力接點溫度報警監測儀已經在一些實際線路中得到了應用。如圖3、4所示，為監測儀的現場應用圖。其中，圖3為監測儀的初始狀態即未報警狀態，圖4為監測儀的報警狀態。

感溫在線監測儀除了能靈敏、準確地報告輸電線路接點的溫度過高外，還主要具有以下特點：抗高強電磁場、低溫、抗風、抗震、抗覆冰、抗老化、雷電、大風、大霧、化學腐蝕，能在各種惡劣環境下保持正常功效。可以作為副帽直接安裝到螺栓上，利于安裝，也可以用于其它高壓電氣設備如變壓器、互感器、高壓開關柜、刀閘等高壓聯接點的溫升監測。

圖3 感溫在線監測儀現場應用圖（未報警）

圖4 感溫在線監測儀現場應用圖（報警）

4 結論

電力負荷的快速增長及對電力供電可靠性的需求都要求電力系統設備能正常穩定的工作，本文根據實際運行要求，利用居里溫度特性設計了基于鐵磁材料的輸電線路接點溫度監測儀，采用雙限值報警結構擴大了溫度監測范圍。運行經驗證明，輸電線路接點溫度監測儀由于內部無電子器件不受電磁干擾影響，安裝簡便不影響電力系統設備正常運行，適用于電磁污染嚴重的高壓輸電線路及開關柜等高壓聯接點的溫度監測，其溫度記憶性有效防止巡檢周期間的溫度異常漏檢，是電力設備溫度監測的必要補充。

[1]安麗娟.高壓輸電線路安全監測系統[D].碩士學位論文.太原理工大學.2008.

[2]周垚.高壓輸電線路導線溫度在線監測系統研究與實現[D].碩士學位論文.北京交通大學.2009.

[3]陳紹鑫，吳培勝，孫云濤，等.輸電線路溫度和弧垂在線監測裝置應用研究[J].華北電力技術.2008.3：14-16.

[4]藍彥，黃磊，曹年紅, 等，輸電導線溫度智能傳感器設計[J]，水電自動化與大壩監測，2011，vol35（5）：34-36.

[5]張寶峰，陳剛，李文潤.由電感測量鐵氧體材料的居里溫度 [J].物理實驗 .2005.25（7）：9-11.

[6]只德瑞.基于單片機的居里溫度測量研究[J].天津商學院學報 .2006.26（3）：43-45.