密閉型配網環網柜紅外觀察窗口的研制

歐陽健+葉文雄+趙法強

摘要：在配網金屬環網柜的檢測中，由于紅外線不能有效地穿過金屬殼體及有關玻璃，導致了熱像儀不能應用于帶電的金屬環網柜檢測。文章開發了一款既能有效穿透紅外線，又有較高經濟性的新型紅外觀察窗，其能夠通過人工觀察、紅外測溫、局放檢測等手段及早發現環網柜內部的缺陷，避免故障發生。

關鍵詞：金屬環網柜；長波紅外觀察窗；人工觀察；紅外測溫；局放檢測；配網電力檢測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM59 文章編號：1009-2374（2016）32-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.007

隨著近幾年紅外熱成像儀在配網電力檢測的普及，通過熱成像儀測量溫度來發現設備缺陷，已經成為提早發現設備缺陷行之有效的手段之一。但是現有的密封式環網柜為金屬全密封結構，當柜內電纜頭存在局部放電或者凝露等缺陷時，由于金屬環網柜的屏蔽作用，難以通過現有的技術手段發現缺陷，導致缺陷的進一步發展最終導致故障。由于供電可靠性的要求日益提高，在線監測即將成為發現設備缺陷的重要手段，在不停電的前提下發現全封閉環網柜的溫度過高、局部放電等缺陷成為未來發展方向。

1 紅外窗口的基本材料及選取

光學性能是紅外光學材料最重要的基本性能。要使得紅外窗口的透過率90%以上，同時還需要具有一定的物理及化學性能，在傳統的應用當中，傳統的材料以鍺為主，其折射率最高且易加工成透鏡，在8～14μm波段具有良好的透過率（鍍膜后可達95%以上）；鍺耐腐蝕，不易潮解，機械性能好。但是由于鍺單晶全球的產量低，導致其價格高昂，難以實現在環網柜上進行大面積推廣應用。

針對實際的應用需求，選用長波紅外玻璃材料作為紅外觀察窗的基本材料，而表1中是幾種長波紅外玻璃材料，主要分為硫系玻璃、鹵系玻璃和硫鹵系玻璃等。所以硫系玻璃具有很好的性能，而且鍍膜后，其紅外透過率可以高于90%。

選擇長波紅外玻璃，其主要檢測低溫、常溫，在電力行業，長波基本上滿足現有電力設備的故障檢測，簡單、快速、全面、準確地解決了開關柜內檢測難的問題，實現開關柜的在線實時檢測。在12.5μm時，窗口紅外線透過率為92%。

常見的紅外觀察窗口規格大小有四種，一般情況下，規格越大的紅外窗口，產品應用成本越高，四種紅外窗口規格以80A型號最為常用，本次也選用80A型號進行紅外窗口的研發。

2 現有10kV環網柜存在的問題及紅外窗口介紹

2.1 現有10kV環網柜的基本特點及常見故障類型

由于10kV環網柜結構緊湊，可以滿足不同電力分配的節點要求。主要有以下三個特點：（1）內部組件緊湊，占地面積小，可以促進土地資源利用效率的提高；（2）采用全密閉設計，不受各種天氣影響，適合于各種無人值守或野外環境，安全性高；（3）環網柜一體化設計，現場安裝工程量小，后期運維、修理等工作量也較低。但是在目前環網柜的使用中，國內的10kV環網柜主要是使用的三芯電纜，但是由于三芯電纜的安裝和維護難度都非常高，所以各類安裝和連接問題在實際的運行過程中也時有發生。由于在安裝過程中，三芯電纜主要依靠外部護套固定，其內部沒有牢固的固定方式，所以極易發生連接故障。

2.2 紅外窗口的設計及優點

除提高環網柜本身的安裝工藝外，如果能有效地改善對于環網柜內電纜芯安裝不良或老化等因素造成的發熱現象，提前發現缺陷，將大幅度降低跳閘等意外故障發生的幾率。

通過紅外窗口的研制，可以有效地利用現有的紅外熱成像儀進行測溫。

紅外窗口由結構圖1中紅外可透玻璃晶體（1）、鑲接法蘭緊固件螺桿部分（2）、可轉動角度晶體鑲接件（3）、鑲接法蘭緊固件螺母部分（4）、外保護蓋板（5）、內保護蓋板（6）、聯動螺桿螺母（7）組成。

本紅外窗口適用于環網柜的安裝，通過鑲接法蘭緊固件螺桿部分、可轉動角度晶體鑲接件鑲接法蘭緊固件螺母部分、可轉動角度晶體鑲接件將可透紅外晶體固定，在打開外保護蓋板時，內保護蓋板一起打開，通過紅外、紫外或可見光對環網柜面板內的電纜接頭、運行環境進行觀察、在線測量。

在轉動聯動螺桿時，可以轉動晶體的角度，實現不同角度的觀察與測量，外保護蓋板與內保護蓋板聯動為觀察、測量、外力破壞、內燃弧破壞提供了安全保障。內保護蓋板還起到了避免環網柜內的潮氣在晶體的表面上形成凝露或粉塵等在柜內晶體內表面形成污穢影響觀察及測量效果。

3 實際的應用

3.1 紅外窗口的優點和效果

（1）在滿足環網柜安全性及密封性的前提下，通過本紅外窗口可以實施在帶電情況下進行紅外測溫、熱成像、裸眼觀察等配電運維作業，通過安裝在運行的環網柜上，現場檢測良好，如圖2所示；（2）發生內燃弧時，應用保護蓋板會對觀察窗的晶體產生破壞，甚至有可能損壞晶體；（3）具有多角度觀察與測量功能，在轉動聯動螺桿時，可以轉動晶體的角度，實現不同角度的觀察與測量；（4）具有機械強度高、密封性能好、安全性好、安裝便捷、實用性強等特點。

3.2 溫度校正

因此次采用的晶體是硫系玻璃，透過率為90%，在實際應用中還需要考慮觀察角度。一般情況下，紅外顯示采取的溫度×1.1進行校正。

3.3 觀測方法介紹

通過紅外觀察窗進行觀察時，最常采用的方法中，首先是對比法，因在運行環境一致的情況下，環網柜的三個接線柱的溫度偏差可以很容易發現潛在的缺陷；其次是溫差法，當觀察的附件溫度與環境溫度超過60℃時，也可以認定該電纜附件或接線柱已經有

缺陷。

4 結語

配網金屬環網柜的紅外窗口檢測是目前較為有效的手段，它直觀、有效、方便，當然在觀察過程中，也要著重考慮安全問題，但在觀察時，觀察的角度得當，觀察人員穿著防弧服，在觀察時確保環網柜的運行狀態不改變，安全風險還是可以承受的，通過在配網環網柜安裝紅外觀察窗是一種提高環網柜及電纜附件運維有效的方法。

參考文獻

[1] 中國人民共和國國家發展和改革委員會.帶電設備紅外診斷應用規范（DL/T664-2008）[S].2008.

[2] 趙文勝.廠用高壓開關柜觀察窗的改進[J].山東工業技術，2015，（15）.

（責任編輯：黃銀芳）