西銘礦變電站光纖測溫系統技術研究與實踐應用

張小艷

（西山煤電西銘礦， 山西 太原 030052）

1 西銘礦測溫監控系統概況

西銘礦現有三個35 kV 變電站（玉門、磺廠、劉巴足）和一個6 kV 冀家溝開閉所。該礦總監控高壓開關柜數量為62 面，電纜溝長度為7 km；其中玉門變電站開關柜28 面，電纜溝長度2 km；磺廠變電站開關柜34 面，電纜溝長度2 km；劉巴足變電站電纜溝長度3 km，并設有專用電纜隔間，電纜隔間電纜為復式排列并包括壓風機房。該礦所屬各變電站設備觸點測溫，采用分布式光纖測溫系統測溫監控，均安裝測溫傳感器，通過光纖傳送，并根據要求對變電站實現報警、監控和記錄相關數據。機電調度實現分站報警監控和集中報警監控以及電腦自動數據上傳功能，并實現遙測遙信，確保供電安全[1]。

2 傳統測溫存在的問題

未技術改造之前，西銘礦變電站設備測溫，是靠值班員憑經驗和人工手持紅外溫度探測儀進行逐點測溫，這種方法雖然簡單、靈活但也存在一些技術問題。例如，人工手持紅外溫度探測儀受空間、時間、光線、季節等自然條件限制；而且在測溫過程中經常出現漏測、誤報現象，數據不能保持；其次，傳統的紅外溫度探測儀對封閉式高開柜的測溫，效果不夠理想，因設備多為完全封閉結構，紅外線被金屬殼遮擋，無法穿透，測溫數據無法達到滿意效果；最后，因為測溫時工作人員需要近距離接觸高壓電，導致電磁輻射給值班員帶來一定的身體傷害[2]。

西銘礦供電系統中，除玉門變電站為室外和室內布置以外，其他變電站和開閉所都為室內布置。該礦6 kV 高開柜分別為KYN-6 型和XGN-6 型，是典型的室內封閉型高開柜，高開柜的刀閘聯接點和電纜接頭部位由于是全封閉構造，以目前紅外線應用技術很難穿透金屬外殼對其測溫，依靠傳統式紅外成像測定其溫度，測溫數據尚不夠準確，對變電站安全運行造成一定的限制[3]。

3 光纖測溫技術的重要意義

光纖測溫技術是靠熱敏傳感器、光纖傳輸測得溫度數據并上傳到電腦上，實時在線監測監控，計算機通過人工智能和大數據分析，對設備實時數據進行分析和預測，防止事故的發生，讓煤礦供電運行更加安全和可靠。

變電站電氣設備火災事故主要是由于設備過熱引起的故障。例如高壓電纜的局部放電、高壓開關柜的動靜觸頭等位置，由于裸露帶電部位壓接不良等原因，在大電流作用下，接觸部位觸點溫度升高，觸點氧化引起燒毀設備等危險事故，給供電造成一定的安全隱患，變電站事故90%以上都為溫度過熱，其中電纜接頭和刀閘觸頭的熱故障占整個故障的70%。

隨著科學技術進步，光纖測溫監控系統的出現，徹底地解決了變電站只能被動依靠傳統紅外線測溫技術難題，同時也打破了技術“瓶頸”，從而實現了煤礦供電系統對運行設備的實時在線檢測。光纖感溫測溫系統要比傳統人工手持紅外儀測溫技術先進，其采用人工智能技術對供電設備進行數據采集，又通過光纖上傳電能，進行大數據分析、對比和故障分析，提供有效的判斷依據，對降低檢修成本和節約成本起到重要意義[4]。

4 西銘礦分布式光纖測溫監控技術應用

4.1 分布式光纖測溫工作原理

分布式光纖測溫被應用于變電站的高壓開關柜測溫系統中。具體方法是采用帶有熱塑料外護套的光纖電纜進行高開柜“零距離”實時溫度監控監測。對高壓開關柜內容易發熱部位實時全方位掃描體檢，并且能與高開關柜的除濕功能和通風系統配合使用，可以使柜內的溫度始終保持在允許的范圍內，測得數據會更加精準，效果更加良好。將光纖纏繞在柜體內電纜接頭上、室內高壓開關柜靜觸頭部位、母線銅板部位等，對其帶電體進行實時溫度測溫，及早發現被測點溫度是否出現故障，并提醒工作人員第一時間采取措施[5]。

4.2 實施方案

以西銘礦磺廠變電站室內XGN-6 型6 kV 開關柜的實施方案為例。具體實施方案在每個開關柜的內部安裝光纖溫度傳感器，采集溫度數據；在主控制室內安裝高精度光纖信號解調系統，對高開關柜需要檢測的溫度進行數據采集、分析，上傳電腦后臺實時監控其系統示意圖如圖1 所示。

圖1 西銘礦璜廠XGN-6 kV 高壓開關柜溫度光纖在線檢測系統示意圖

4.3 磺廠6 kV 高開關柜內傳感器的安裝

在每個XGN-6 高開關柜內安裝光纖溫度傳感器，信息如表1 所示。

表1 開關柜內光纖溫度傳感器安裝位置列表

磺廠光纖布置在XGN-6 高壓開關柜。通過對開關柜下靜觸頭和電纜接頭的溫度監測，及時發現下靜觸頭和電纜接頭運行中出現的異常，例如，因絕緣破損造成的溫度過高等常見故障，而且具備溫度報警、光纖斷裂報警等功能，并能顯示、記錄測溫數據等信息，如圖2 所示。通過對母線室電纜環境溫度的監測，及時發現母線室工作過程中出現的溫度過高問題，且具備溫度報警、光纖斷裂報警等功能，并能顯示、記錄測溫數據、報警位置等信息，如圖3 所示。

圖2 主開關柜光纖溫度傳感器示意圖

圖3 母線室傳感器布置示意圖

4.4 電纜溝測溫光纜的固定

1）測溫光纜對電纜溝采取S 形敷設，測溫光纜放置于電纜溝側壁，如圖4 所示。

圖4 電纜溝測溫示意圖

2）測溫光纜綁扎固定，固定間距為0.9 m。在測溫光纖上掛設標牌，標識測溫光纖起止點名稱、測溫光纖距起點長度、編碼號等信息。

3）接頭盒應固定安裝電纜溝側壁上。井下使用的光纜需提供MA 認證。

光纖將數據上傳給變電站計算機實現分別監控，并記錄相關數據；調度中心實現分站報警監控和集中報警監控，實現遙測遙信。

5 社會效益情況和推廣應用

技術改造后，西銘礦各35 kV 變電站測溫廣泛應用紅外點測儀和紅外成像儀加分布式光纖測溫，三種方案相互配合可有效對供電設備進行測溫。其中先進的光纖測溫技術的運用，也逐漸被值班員所認可，尤其是其良好的絕緣性能和穩定性，能保障供電安全和可靠，同時降低設備故障率，使供電質量提高90%，還可節約兩名維修員人工成本約7 萬元，因此，分布式光纖測溫監控技術完全符合變電站值守的需求。通過實踐應用得出，分布式光纖測溫技術將會成為智能化變電站標配。