母線在線式紅外溫度測控保護方法研究

鄭 威

（云南三環中化化肥有限公司，云南 昆明650113）

0 引言

電力系統中因母線接觸不良導致的故障占電力故障的10%以上，因此必須提高母線本體及母線連接處的可靠性。在電力系統中除了采用電流檢測執行過載保護外，還應對母線溫度進行實時監測和保護，才能有效防止因超溫造成的熱燒毀和絕緣老化帶來的擊穿故障。

母線溫度長期以來一直停留在人工巡視觀察階段，例如采用可變溫膠觀察、紅外線測溫儀測試，難以形成系統性的監測和分析。隨著變電站實行無人值班化，母線溫度實現實時在線監測就成為必要要求，傳統開關柜母線實時監測多采用接觸式熱電阻、熱敏傳感器等作為采集元件，其缺點是維修時需要停電，影響生產，容易受干擾而信號失真。

1 母線過熱原因分析

（1）母線截面和保護電器選型不合理，母線長期工作允許溫度遠小于電氣設備接線端允許溫度，即使在正常電流下運行也會使它們連接處的工作溫度超過其長期工作允許溫度。

（2）接觸電阻的大小直接影響母線溫升。接觸電阻與接觸面壓力、接觸材料和固定金具形式有關，公式如下：

式中，Rt為接觸電阻；Kj為材料系數，與接觸材料和表面加工有關；F 為接觸面壓力；m 為接觸系數，與固定金具和接觸方式有關。

根據式（1）可知，影響接觸電阻的主要是材料屬性、接觸壓力和接觸方式。

1）Kj——材料系數，接觸材料的電阻率、硬度、強度、表面耐氧化性及電化學腐蝕性等均影響接觸電阻大小，因此在母線選擇時，一般選用銅、銅鍍錫、銅鍍銀、鉛和鋁等材料，但實際上多數金屬材料純度不高，電導率不滿足要求，母線接觸表面處理不平整、不光滑，存在毛刺，未涂專用導電脂等，導致有效接觸面積減少、接觸電阻增大而發熱。

2）F——接觸壓力，母線連接處螺栓多存在未緊固到位的問題，電磁共振使母線連接處螺栓松動，緊固螺栓壓力減小，特別是鋁質母線，強度低、彈性系數小，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，將會造成接觸面隆起，反而使接觸面積減少、接觸電阻增大，從而影響接觸效果。

3）m——接觸系數，母線連接處一般采用螺釘壓緊，常采用面接觸法和點接觸法，后者接觸電阻較大，導體發熱量較低。

（3）金屬的熱膨脹效應，鋼制構件的金屬膨脹系數比鋁制和銅質小，在運行中隨著負荷電流及溫度的變化，鋁制和銅質構件的膨脹收縮將產生蠕動即塑性變形，當接頭處的運行工作溫度大于70 ℃時，接頭金屬將因過熱而膨脹，使接觸表面移位，形成空隙甚至氧化，當電流減小和溫度降低時，接觸面會收縮，接觸面氧化膜的覆蓋會使材料系數和接觸系數都發生變化，每次溫度變化的循環所增加的接觸電阻，將會使下一次循環的發熱增加，形成了發熱的惡性循環。

2 溫度測控保護措施

云南三環中化化肥有限公司針對母線過熱自主研究開發了非接觸式在線紅外溫度測控保護裝置（IRMC01－×/×kV 系列），它采用國外精密紅外傳感器、高集成度單片機、專用電子電路和高效能的執行元件，實現了母線及母線接頭處實時溫度監測、上限報警和上上限跳閘等功能，其原理如圖1所示。

圖1 非接觸式在線紅外溫度測控保護裝置原理示意圖

IRMC01－3/0.4kV 在線式紅外測溫裝置不接觸母線，其通過測量目標發射的紅外輻射強度計算出物體表面溫度，3個在線式紅外測溫探頭安裝在配電柜后蓋，分別檢測A、B、C 相母線溫度，將實測數據實時傳輸至測控保護裝置并進行數據存儲，根據上限輸出和上上限輸出實現報警和跳閘功能。

例如，普通型成套電氣設備分支母線相互連接處及分支母線與電氣端子連接處（Cu－Cu）最高允許溫度為80 ℃，因此設定T1≥75 ℃、T2≥75 ℃、T3≥75 ℃上限相通道報警，設定T1or T2or T3≥80 ℃上上限跳閘進線柜。

3 IRMC系列溫度測控保護裝置功能簡介

（1）非接觸式在線紅外測溫探頭可以方便地測量難以接近的目標，便于維修，它采用不銹鋼殼體，帶M18×1 螺紋，可直接安裝，也可通過使用安裝支架進行安裝，可調安裝支架能夠使測量頭的調節更加方便。

（2）IRMC測控保護裝置融合了無紙記錄儀的設計理念，通過高性能微處理器進行數據處理，一方面在高分辨液晶顯示屏幕上以多種形式的畫面顯示出來，另一方面把這些監察信號的數據存放在儀表內部的大容量存儲芯片內，以便在儀表上直接進行數據圖形查詢、翻閱和打印。IRMC 系列溫度測控保護裝置系統組態簡單，可以與組態王、力控等軟件進行通訊，深入挖掘系統功能。IRMC 系列溫度測控保護裝置還設置了U 盤直接拷貝保護裝置的組態文件和數據文件，方便了用戶的使用。

4 結語

IRMC系列溫度測控保護裝置主要針對母線溫度測控和保護，也對電力電纜、斷路器、隔離開關、負荷開關、組合電器等具有重要的參考借鑒意義。通過IRMC 系列溫度測控保護裝置對電氣設備的發熱進行實時監控分析，及時排查故障，能有效保護電力設備的正常運行。

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