在線測溫技術在金屬鎧裝移開式開關柜的應用

王忠明，林 峰，艾紅勇

（新余鋼鐵股份有限公司動力廠，江西新余 338001）

前言

交流金屬鎧裝移開式開關柜是變配電所中非常重要的電氣設備，具有占地面積小,結構緊湊合理,安全防護性能好,維護方便且便捷等優點，廣泛應用于發電、輸電、配電和電能轉換的過程中，進行開合、控制和保護用電設備。

開關柜斷路器室的手車通過在工作位置與試驗位置實現工作和斷開二種工作模式。在工作位置時，斷路器手車動觸頭的觸指與母線相連的靜觸頭相接觸，實現電能從母線→動、靜觸頭→斷路器→動、靜觸頭→分支母線→用電戶的傳輸。

動、靜觸頭接觸是否良好直接關系高壓柜的安全運行，但因斷路器室密封結構特點，變配電所的值班員工無法通過使用紅外測溫儀或紅外熱成像儀安全、有效地測量到斷路器室動、靜觸頭的運行溫度，一旦動、靜觸頭接觸不良過熱將導致電氣事故，造成生產與設備的損壞事故。

1 動、靜觸頭接觸電阻大的原因分析

移開式開關柜斷路器動觸頭的觸指緊固彈簧為非導磁性不銹鋼材料，嚴防觸指緊固彈簧疲勞斷裂，動、靜觸頭接觸表面經鍍銀處理，鍍銀厚度不小于6～8 μm。[1]因使用年限長，可能導致彈簧疲勞松弛甚至斷裂、動靜接觸表面鍍銀磨損嚴重、變配電所密封差粉塵侵入、斷路器室安裝工藝差導致動靜觸頭接觸不對中等原因，造成動靜接觸電阻超標，當電流通過接觸面時，就會產生熱能，如果電氣接觸處接觸良好，接觸電阻值很小，則產生的熱能很小，不會影響電能的傳輸；如果電氣接觸處接觸不良，接觸電阻值較大，則產生的熱能較多，導致接觸處的溫升增大，當溫升到一定限度，而沒及時停電處理，易導致惡性事故，引發全站大面積停電。

為了遏制因電氣接觸處過熱引發的電氣事故，《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》第11.7.2 條明確提出：定期用紅外線測溫設備檢查開關設備的接頭部、隔離開關的導電部分（重點部位，觸頭、出線座等），特別是在重負荷或高溫期間，加強對運行設備溫升的監視，發現問題應及時采取措施。開關柜的動、靜觸頭接觸處是一次導電體接觸最薄弱部位，采取技術措施對該部位溫度進行在線實時監測是變配電所設備運行管理急需解決的難題。

2 在線測溫系統的技術特點

目前，關于開關柜在線測溫系統市場上有不同的技術解決方案，主要有五種。

2.1 光纖測溫系統

以光纖為溫度傳感器和通信載體，光纖上的每一點都兼具“傳”和“感”的功能，敷設在高壓柜接觸點上，通過測量光纖內傳播及散射的光束，來分析并計算出被測物的溫度，能準確測量高壓柜觸點的運行溫度。光纖具有優異的絕緣性能，能夠隔離開關柜內的電氣高壓。但受開關柜結構影響，在柜內布線難度較大。光纖具有易折、易斷的缺點，因此光纖測溫裝置適用于長距離、大面積、測點多的場所，如電力電纜。

2.2 紅外測溫系統

紅外測溫為非接觸式測溫，對被測物進行在線紅外輻射測量。由于紅外傳感器和后端設備通過有線連接，而高壓電氣因安全原因，要求紅外傳感器必須與被測點保持一定的距離，且紅外傳感器與被測量點之間需無遮掩，紅外傳感器和被測點表面干凈。紅外測點易受到周邊環境，如粉塵的影響，故只適用于全密封、有空調及空氣質量好的場所。

2.3 有源無線測溫系統

將監測模塊安裝在被測物上，采集到的溫度信息再通過無線信號發送至接收端。監測模塊的工作電源一般選用性能優良的進口鈕扣電池，采用無線射頻信號技術。由于開關柜斷路器室的溫度較高，高溫下電池壽命大大降低，實際壽命很不確定，更換電池須進行停電操作，直接影響用戶的正常供電，另一方面電池長期處于高溫下可能存在液體滲漏及腐蝕金屬表面，后期更換鈕扣電池成本高。

2.4 電磁能取電測溫系統

磁能取電是新型取電測溫方式，取電方式屬于環境能量收集（EH 能量收集）類型。利用高密集微型線圈以及新型特殊多金屬軟磁合金，具有磁通很小、易飽和自產熱量小的特點，將導電體周圍的電磁轉換電能，經整流濾波后存儲在微電容上供給溫度采集模塊和無線射頻模塊工作,采集到的溫度信息再通過無線信號發送至接收端。

2.5 表面聲波測溫系統

采用特殊設計的聲表諧振器（SAW）,當有一個固定頻率的電波輸入到聲表諧振器，諧振器輸出的電波信號頻率會隨著諧振器感受到的環境溫度的變化而變化，通過采集諧振器的輸出頻率，就可以換算出諧振器對應的環境溫度，達到測量環境溫度的目的。系統主要由聲表面波無線測溫探頭（傳感器）和基于雷達原理的溫度讀取器組成。溫度讀取器也同時需要安裝在探頭開關柜中，也需固定一根天線，需要在開關柜內布置接收天線，天線需要和測溫點的終端無障礙，安裝比較麻煩。

3 在線測溫系統的選擇

某公司因高壓柜的動、靜觸頭接觸不良過熱發生多起短路事故，甚至造成配電室的火災事故，先后采用了紅外測溫系統等在線測溫系統，但效果不好。經廠家技術交流、方案比較、用戶業績綜合考慮，決定選用技術成熟先進、行業領先、用戶業績好的無源無線測溫系統。該無源無線測溫系統主要由三部分構成：無源無線測溫傳感器、無線溫度接收終端、數據服務器及監控后臺，見圖1。

圖1 無線無源測溫系統示意圖

（1）無源無線測溫傳感器

采用EH 能量收集技術，啟動電流不大于5 A，一次設備電流在4～50 00 A 內能穩定工作，測溫采用數字感溫芯片，抗干擾強，無需后期維護，無線溫度傳感器體積不大于30 mm×30 mm×10 mm，可安裝在高壓柜的動、靜觸頭上，不會影響電氣狹小空間的絕緣間距，測溫范圍-45～+125 ℃，發送間隔20～100 s（溫度越高發送間隔越短）。

無源無線測溫傳感器的安裝位置的選擇。傳感器可以安裝在靜觸頭上也可以安裝在動觸頭上，但從準確反應動、靜觸頭的接觸溫度來看，傳感器最理想位置應是接近發熱點；離被測處距離越長，受環境影響越大，準確度越低，因此安裝在靜觸頭上更合理，缺點是須停高壓母線才能安裝傳感器；安裝在動觸上，只需將待安裝高壓柜計劃停電即可安裝，但測量準確度差些，同時安裝時須考慮動觸頭的觸指在工作位置時漲開對固定傳感器的影響。為了準確測量動、靜觸頭接觸處的實際溫度，可優先選擇將測溫傳感器安裝在靜觸頭上。

（2）無線溫度接收終端

無線溫度接收終端可以顯示被測動、靜觸頭的接觸溫度，有壁掛式或嵌入式，可安裝在配電室的高壓柜或墻面上，一般設置預警和報警兩種方式。通常預警溫度設置為60 ℃，報警溫度設置為70 ℃，變電所巡檢人員發現預警信號時，根據預警信息及時確認設備編號、實際運行溫度，進一步檢查該柜負荷是否變化、環境溫度、柜內冷卻風扇（如果有）運行狀況等。一般同一層動、靜觸頭的接觸溫度相差大于5 ℃，則說明該動、靜觸頭存在隱患，須加強監控，關注溫度變化是否有劣化的趨勢，并做好記錄；當動、靜觸頭觸溫度達到報警溫度時，除了進一步加強監控外，同時申請計劃停電檢修，對動、靜觸頭有針對性地檢查、維護。接收終端顯示本地溫度、濕度，方便巡檢人員了解運行設備的運行溫升和室內的濕度，通信方式為以太網、RS485、光纖、GPRS 可選。

（3）無線監控后臺

無線測溫監控后臺的設置有兩種方式。一種方式為設備廠家配套無線監控后臺，可以顯示實時被測溫度、歷史曲線、超溫報警、一次圖，具有人機界面友好、操作方便、數據全面、功能完善的特點，同時還可實現具有高溫告警短信、郵件通知功能。另一種方式為用戶現有的監控后臺，目前變電所綜合自動化系統使用非常廣泛，無線溫度接收終端支持標準的通信協議，通過通信管理機上傳到用戶現有監控后臺，顯示實時被測溫度，并由監控后臺設置超溫報警。

4 應用效果

2017 年五總降測溫項目實施后，值班人員及時發現了變壓器35 kV 進線柜5303 柜的動、靜觸頭接觸處A 相比其它相高26 ℃，值班人員加強對該柜發熱情況的監控，同時向公司職能部門申請停電檢修，為合理安排檢修提供了依據。鑒于使用效果較好，先后在一、二、三、四、六等總降推廣。到目前為止發現10 多起動、靜觸頭接觸處發熱隱患，通過對發熱溫度變化趨勢加強監控，申請計劃停電檢修處理方式圓滿地消除了隱患，避免了惡性事故的發生，確保了新鋼公司大生產的正常運行安全。新鋼公司在“升改工程”工程配套的二總降改造工程中，高壓柜采用了9 點測溫（6 個動、靜接觸點、3 個高壓電纜接觸點），考慮到已有監控后臺，無線溫度接收終端通過通信管理機上傳到用戶監控后臺，顯示實時被測溫度，設置超溫報警，降低投資，滿足監控人員對無人值守新二總降35 kV 一次設備運行電氣溫度的實時監控，確保變電所的安全運行。

5 結束語

交流金屬鎧裝移開式開關柜因其結構特點，開關柜動、靜觸頭接觸處的接觸狀況相對柜內其它電氣接觸點是最薄弱部位，開關柜動、靜觸頭接觸因接觸不良過熱導致的惡性事故較多。因此《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》明確要求加強對運行設備溫升的監視，一方面在線測溫技術的運用使接觸不良過熱導致事故的事故搶修過渡到狀態監測維修，提高了電氣設備管理水平；另一方面在線測溫技術也豐富了變電所綜合自動化監控后臺監控的內容，值班人員實時溫度監控，為無人值守變電所安全運行提供了良好的技術支持。