熒光光纖測溫技術在開關柜中的應用

馬力++何璐++張超++劉珊++靳衛安

摘 要：為適應國家關于建設堅強智能電網的需要，開關柜溫度監測的可靠性和實用性顯得尤為重要，無源光傳感器是開關柜溫度在線監測的必然趨勢，而熒光光纖溫度傳感器，基于其可靠性、實用性以及性價比高等特點，將是開關柜斷路器、電纜接頭溫度在線監測的首選之一。

關鍵詞：開關柜 無源光傳感器 熒光光纖溫度傳感器 在線監測

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0052-02

“堅強智能電網”是我國電力系統發展方向，大電網高可靠性、高自動化水平對于國民經濟發展及電力系統的安全穩定運行起著非常重要的作用。在建設“堅強智能電網”的過程中，如何高效、準確地對電網運行設備進行自動監控是目前我們所面臨的關鍵問題。在輸配電系統中，高壓開關柜是重要的一次設備，承擔著開合電力線路、提供監控保護等重要作用，它的安全穩定運行直接影響著輸配電系統的安全穩定運行。目前國內多家單位出現過的高壓開關柜故障，大多數是由于開關柜在長期運行中，由于各種原因導致的不良溫升造成的。因此，如何采取有效措施對開關柜內的溫升進行有效監測是杜絕開關柜此類故障出現的關鍵問題。

人工巡檢是目前對高壓開關柜溫升監測所采取的主要手段。手持式紅外測溫儀的監測方法受到了開關柜的結構的限制，使這種方式除了不能獲得準確的溫度數據外，同時更不能適應“無人值守、智能電網”的要求。因此配置高可靠性的高壓開關柜溫度在線監測設備具有重要意義。

1 發熱原因

（1）觸頭接觸面絕緣性能老化。高壓開關柜的動靜觸頭是最容易發熱的部位[2]，由于該部位接觸不良、臟污等原因，使得接觸電阻不斷增大，在大電流通過時，嚴重發熱，發展到一定階段后，則會造成嚴重的故障，破壞系統穩定運行。

（2）設備的安裝工藝不當。設備的安裝工藝不當主要是施工質量問題[3]，小車式開關插嘴的位置與固定的插頭位置在施工過程中沒有準確對齊造成偏差，開關推入后，插頭部分會由于接觸不良引起觸頭發熱。

（3）長期振動，缺少及時維護，使接頭松動，造成接頭處電阻增大，容易形成發熱點。

（4）開關柜運行的環境溫度、防護等級偏高以及通風不暢等因素造成的散熱困難。

2 溫度在線監測技術現狀分析

按照GB50116-2014《火災自動報警系統設計規范》[1]第9.3.1，對于開關柜內電纜接頭等重要部位設置測溫式探測器，針對開關柜存在的上述問題，并根據國家智能電網的要求以及智能變電站的實施，各科研院所和生產廠家開發了一系列新型的高壓開關柜溫度監測裝置。這些裝置的測溫原理大致分為如下幾類（見表1）。

3 熒光光纖測溫技術的優勢

（1）不受絕緣問題和電磁干擾問題的影響：熒光光纖測溫技術采用的材質是絕緣材料，傳感和傳輸信號均為光信號，工作中無需對其供電，傳感器和外部沒有電的連接，因此，熒光光纖傳感器應用于開關柜觸頭溫度監測，不存在絕緣問題及電磁干擾。

（2）由于其傳感探針體積小，沒有任何金屬材質，沒有電子元器件，絕緣性能好，耐高壓，使用壽命長，后期運行免維護，可全天候實時監測和分析開關柜觸頭的溫度。

4 熒光光纖測溫技術的原理及實現方式

熒光測溫的基本原理是：某些稀土物質在受到外界光刺激后會發光，即使這種外界的激勵停止后，還會自主持續一段時間的發光，而這個持續時間是和溫度相關的，通過測量熒光余暉的時間從而反演出溫度。

基于熒光機理的測溫系統功能，其具體實現步驟如下：

（1）光源發出一束光脈沖，通過耦合器調制后射入光纖傳感器中。

（2）光纖傳感器反射回一束特定波長的光信號，該信號攜帶有被測點的溫度因子。

（3）信號處理電路對該光信號進行分析、計算后得出被測點的實際溫度。

5 熒光光纖測溫技術在開關柜中的應用

5.1 設備安裝

5.1.1 監控主機的安裝

該系統的監控主機安裝在控制室的監控柜內，并在操作員控制臺上設置一臺監控計算機進行遠程監控。

5.1.2 光纖測溫儀的安裝

光纖測溫儀安裝在開關柜前面上部的儀表盤后壁上，以方便日后的檢修。

5.1.3 光纖溫度傳感器的安裝

（1） 在開關柜觸頭上的安裝。開關柜的主要發熱點位于靜觸頭和動觸頭的接合部位，但此部位處于絕緣套筒的保護之下，里面的空間非常狹小。因此，光纖溫度傳感器的設計應充分考慮此問題，同時附件的安裝應考慮與動觸頭保持安全距離。

（2） 在開關柜電纜接頭處的安裝。采用專用航空硅膠將傳感器粘貼在電纜接頭處后采用專用扎帶捆綁固定。

（3） 柜內走線。柜內電纜和尾纖要盡量沿著柜體角落走線或走專用的線槽跟二次線捆扎在一起，便于日后對柜內的檢修。

5.2 軟件系統

軟件系統的主要功能包含實時溫度的本地監控、實時數據的遠程監控、高/低溫報警、高/低溫預警、歷史數據回放、報警前后曲線、溫度導出等功能。

6 結語

利用熒光光纖溫度傳感器，解決了開關柜的主要發熱點的監測問題。熒光光纖測溫技術在開關柜內的應用，不受絕緣問題和電磁干擾的影響，測量準確度高，體積小，使用壽命長、免維護等優點，并可以對多個高壓開關柜內的接頭溫度同時進行在線監測，此技術的應用將整體提升我國電力工業領域溫度在線監測的技術水平。

參考文獻

[1] GB/50116-2013.火災自動報警系統設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 皮秋如.淺談10kV開關柜發熱原因及該經措施[J].科技創新論壇，2010（2）：193.

[3] 馮中超.10kV開關柜發熱原因及改進措施探究[J].電力建設，2015（16）：84.