開關(guān)柜異常溫升光纖測溫系統(tǒng)
開關(guān)柜測溫系統(tǒng)
在開關(guān)柜的運(yùn)行過程中，故障發(fā)生前都會有明顯的異常溫升特點(diǎn)，如果發(fā)現(xiàn)不及時，就會造成嚴(yán)重的事故，因此溫度是開關(guān)柜運(yùn)行中需要重點(diǎn)監(jiān)測的一個重要參數(shù)。福州華光天銳采用開關(guān)柜熒光光纖溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，將熒光光纖溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測點(diǎn)上，由溫度監(jiān)測裝置向熒光光纖溫度傳感器發(fā)射詢問指令脈沖并接收測量點(diǎn)溫度數(shù)據(jù) （同時具備超溫報警功能），再通過 RS485 串行通信口與監(jiān)控計算機(jī)相連，可實現(xiàn)對開關(guān)柜各連接點(diǎn)溫度的實時監(jiān)測，使開關(guān)柜維護(hù)人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷并采取有效措施。采用光纖測溫系統(tǒng)對保障設(shè)備安全運(yùn)行、提高開關(guān)柜溫度標(biāo)準(zhǔn)可靠性具有重要的意義。
由于10kv配電線路的供電距離長、設(shè)備元件多、用電負(fù)荷大，且大多連續(xù)運(yùn)行，這決定了對線路進(jìn)行供電的變電所的電氣設(shè)備在運(yùn)行中具有負(fù)荷重、電流高等特點(diǎn)。在這樣的條件下，當(dāng)變電設(shè)備發(fā)生連接部位螺絲松動、各部分元件接觸不良等情況時，由于大電流持續(xù)通過設(shè)備溫度會升高，使電氣設(shè)備材料性能變差，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行維修，就會因設(shè)備過熱焊點(diǎn)熔化造成嚴(yán)重的事故。也就是說，高壓設(shè)備在故障發(fā)生的同時會有溫度明顯升高的特征，因此，在高壓設(shè)備的運(yùn)行過程中對其溫度參數(shù)的監(jiān)測是非常重要的。
全封閉電氣設(shè)備的異常溫升
近年來，油田變電所逐步推廣全封閉電氣設(shè)備，即將高壓斷路器、隔離開關(guān)、互感器等高壓元件進(jìn)行組合，裝入金屬封閉柜內(nèi)，如 GIS 組合電器和 KYN 系列鎧裝高壓開關(guān)柜等。在全封閉電氣設(shè)備運(yùn)行時，如柜體內(nèi)部設(shè)備出現(xiàn)局部放電，會引起導(dǎo)體連接處異常溫升，由于發(fā)熱位置隱蔽，運(yùn)行人員無法及時發(fā)現(xiàn)。這樣易使故障擴(kuò)大，致使電氣元件擊穿燒毀且波及相鄰設(shè)備單元，造成惡性停電事故。
高壓斷路器的異常溫升
在高壓斷路器正常運(yùn)行時，長期通過的工作電流產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽闺姎獠牧蠝囟壬叩粫鲆?guī)定范圍；當(dāng)導(dǎo)電回路不正常時，會使電氣材料溫度升高超出規(guī)定范圍，加速動、靜觸頭的氧化，使接觸電阻增大，這樣又使發(fā)熱溫度進(jìn)一步增加，而使電氣材料的機(jī)械性能、物理性能下降。當(dāng)溫度超過材料的熔點(diǎn)時，將使兩觸頭熔焊，最終導(dǎo)致斷路器無法實現(xiàn)開斷的電氣事故。例如：變電所 （開閉所） 的金屬鎧裝封閉開關(guān)柜均采用小車式斷路器，當(dāng)手車插頭推入時，如推入時力度不夠或未搖到位，將造成動、靜插頭插入處接觸不良引起過熱，在運(yùn)行過程中觸頭熔化，會引發(fā)相間短路，導(dǎo)致開關(guān)整體燒毀的惡性事故。
導(dǎo)體連接處的異常溫升
變電所的各個電氣設(shè)備間的連接主要靠螺絲進(jìn)行壓接，還有與主母線、分支母線進(jìn)行連接等多種方式。由于受到電壓等級的限制，需要考慮對地安全距離的要求，以及連接母線的運(yùn)行安全，為此加裝絕緣護(hù)套并進(jìn)行了封閉。這樣就使設(shè)備間連接導(dǎo)線存在架設(shè)距地面高、封閉性強(qiáng)等諸多不利于運(yùn)行的特點(diǎn)，如果連接處的螺絲檢修不到位或長時間運(yùn)行，在風(fēng)力等外界因素以及運(yùn)行過程中電動力的振動引起螺絲松動、氧化，造成母線連接處因接觸電阻過大而出現(xiàn)接點(diǎn)過熱，會引發(fā)全所或整段母線大面積停電的惡性事故。
高壓溫度監(jiān)測手段
對于電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的異常溫升現(xiàn)象，為防止溫升導(dǎo)致事故，在日常運(yùn)行中，油田變電所大多采用在運(yùn)行設(shè)備上貼測溫片和紅外測溫儀的方式定時巡視檢測溫度。
測溫片
測溫片的顏色隨被測試點(diǎn)溫度的變化而變化，根據(jù)其顏色即可判斷被測點(diǎn)大致溫度，優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，成本低廉；缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度低、可靠性差 （憑個人經(jīng)驗來判斷溫度）。用測溫片測試溫度的方法是將其貼于裸露電氣設(shè)備連接點(diǎn)，監(jiān)測其溫度變化，只有在運(yùn)行人員巡視設(shè)備時才能發(fā)現(xiàn)過熱缺陷，存在因設(shè)備較高不便于觀察以及受產(chǎn)品有效期限制需定期更換等問題。
紅外測溫儀屬于非接觸式測溫，優(yōu)點(diǎn)是測量范圍大 ， 準(zhǔn)確度較高 ， 可靠性較好 ； 缺點(diǎn)是設(shè)備昂 貴，且需大量人力定期巡測，無法實現(xiàn)溫度實時在線監(jiān)測，另外受太陽光的干擾測量誤差大。采用紅外測溫儀對裸露設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行測溫時，受測
量時間以及通過的電流等因素影響，并不能完全發(fā)現(xiàn)溫度異常情況，無法做到實時監(jiān)測，且對封閉開關(guān)柜內(nèi)的接觸點(diǎn)無法進(jìn)行測溫。以上兩種測溫方式都不能及時、準(zhǔn)確地掌握電氣設(shè)備運(yùn)行時各連接點(diǎn)溫度的變化情況，存在局限性。
光纖測溫技術(shù)原理
溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)由溫度傳感器、監(jiān)測裝置以及集中監(jiān)控主機(jī)三部分組成
其與被測設(shè)備連接
溫度傳感器安裝在高壓設(shè)備的被測點(diǎn)上，一般固定在高壓設(shè)備、母線或?qū)w連接點(diǎn)、斷路器觸頭等位置，當(dāng)高壓設(shè)備運(yùn)行時，溫度傳感器自動從高壓設(shè)備上感應(yīng)出微弱的電量，經(jīng)穩(wěn)壓處理后提供給測量和通信設(shè)備；溫度監(jiān)測裝置向溫度傳感器發(fā)射詢問指令脈沖，溫度傳感器接收后返回測量數(shù)據(jù)，監(jiān)測裝置對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼計算后得出被測點(diǎn)溫度。如果被測點(diǎn)溫度超過預(yù)設(shè)的報警值，閃光燈將發(fā)出超溫報警信號；監(jiān)測裝置有 RS485 串行通信口與監(jiān)控計算機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時可
通過 GPRS 移動通信網(wǎng)或綜合自動化系統(tǒng)將所有監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳集控中心。
某采油廠針對變電所 6 kV 回路以及負(fù)荷較大的進(jìn)、出線回路安裝溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括溫度傳感器、溫度監(jiān)測裝置 （采集終端） 及監(jiān)控主機(jī)，某采油廠在太南二變電所 6 kV 所有回路高壓鎧裝封閉開關(guān)柜內(nèi)的開關(guān)觸頭連接點(diǎn)加裝溫度傳感器 ，通過溫度監(jiān)測裝置對設(shè)備各接點(diǎn)運(yùn)行溫度進(jìn)行實時在線監(jiān)測，變電所運(yùn)行人員從監(jiān)控計算機(jī)中的 6 kV 無線測溫遙測數(shù)據(jù)表中就能很方便查看各接點(diǎn)的運(yùn)行溫度及其變化情況。目前安裝的監(jiān)測設(shè)備已運(yùn)行 3 年，應(yīng)用效果良好，進(jìn)一
步提高了電網(wǎng)管理水平。
某采油廠針對變電所主變壓器低壓側(cè)和 6 kV注水電動機(jī)回路負(fù)荷電流大的特點(diǎn)，將溫度傳感器捆綁式安裝在其小車插頭的動觸頭上，將采集到的實時溫度數(shù)據(jù)通過射頻通信 （無線傳輸） 方式上傳到測溫采集終端，并可采集多組溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)，可實時在線監(jiān)測小車柜內(nèi)部開關(guān)觸頭溫度。
光纖測溫系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)測量準(zhǔn)確，應(yīng)用效果良好。變電所主控室超溫報警閃光燈發(fā)出閃光報警，運(yùn)行值班人員現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)回路溫度監(jiān)測裝置超溫報警。經(jīng)查由于值班人員操作時小車開關(guān)未搖到位，造成動、靜插頭插入處接觸不良而存在過熱現(xiàn)象，經(jīng)停電處理后恢復(fù)?？梢?，超溫報警功能可在第一時間提醒運(yùn)行人員注意并發(fā)現(xiàn)缺陷，避免了因過熱造成設(shè)備嚴(yán)重故障，對設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。
效果分析
（1） 溫度在線監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的實時測量，運(yùn)行人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)，可直觀判定設(shè)備運(yùn)行是否正常，提高了發(fā)現(xiàn)因溫度過熱造成設(shè)備缺陷的及時性和準(zhǔn)確性。
（2） 采集終端 （溫度監(jiān)測裝置） 接收到的數(shù)據(jù)可與設(shè)定值對比從而實現(xiàn)超溫報警等功能，有效防止因接觸不良等原因?qū)е略O(shè)備過熱事故的發(fā)生。
（3） 溫度監(jiān)測設(shè)備安裝范圍可選擇全部安裝或只選擇在大負(fù)荷回路安裝，具有選擇性強(qiáng)、靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，還可達(dá)到節(jié)省投資的目的。
光纖測溫技術(shù)應(yīng)用范圍
溫度在線監(jiān)測技術(shù)不僅可對斷路器動靜觸頭連接點(diǎn)、母線連接點(diǎn)、隔離開關(guān)閘刀觸頭以及其他電氣設(shè)備連接點(diǎn)進(jìn)行實時在線溫度監(jiān)測，還可用于干式變壓器、高壓電纜接頭等電氣設(shè)備的溫度監(jiān)測，應(yīng)用前景非常廣泛。
（1） 應(yīng)用溫度在線監(jiān)測技術(shù)可從根本上消除全封閉的電氣設(shè)備各接點(diǎn)溫度監(jiān)測盲點(diǎn)，解決以往無法檢測的問題。從本質(zhì)上改變運(yùn)行人員周期巡視接點(diǎn)溫度的管理模式，提高工作效率，節(jié)約人力、物力資源，經(jīng)濟(jì)效益明顯。
（2） 可根據(jù)溫度在線監(jiān)測數(shù)據(jù)判定電氣設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)而確定檢修周期及檢修項目，給變電所狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。
（3） 溫度在線實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可作為無人值守變電所的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控的重要節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，給變電的運(yùn)行監(jiān)控和缺陷收集提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
（4） 溫度在線實時監(jiān)測可讓變電運(yùn)行人員及時發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備故障征兆，提前采取有效措施，這對保障設(shè)備運(yùn)行安全、提高供電可靠性具有重要的意義。
