開關柜異常溫升光纖測溫系統(tǒng)
開關柜測溫系統(tǒng)
在開關柜的運行過程中，故障發(fā)生前都會有明顯的異常溫升特點，如果發(fā)現(xiàn)不及時，就會造成嚴重的事故，因此溫度是開關柜運行中需要重點監(jiān)測的一個重要參數(shù)。福州華光天銳采用開關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備的被測點上，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溫度數(shù)據 （同時具備超溫報警功能），再通過 RS485 串行通信口與監(jiān)控計算機相連，可實現(xiàn)對開關柜各連接點溫度的實時監(jiān)測，使開關柜維護人員能夠及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷并采取有效措施。采用光纖測溫系統(tǒng)對保障設備安全運行、提高開關柜溫度標準可靠性具有重要的意義。
由于10kv配電線路的供電距離長、設備元件多、用電負荷大，且大多連續(xù)運行，這決定了對線路進行供電的變電所的電氣設備在運行中具有負荷重、電流高等特點。在這樣的條件下，當變電設備發(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)通過設備溫度會升高，使電氣設備材料性能變差，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并進行維修，就會因設備過熱焊點熔化造成嚴重的事故。也就是說，高壓設備在故障發(fā)生的同時會有溫度明顯升高的特征，因此，在高壓設備的運行過程中對其溫度參數(shù)的監(jiān)測是非常重要的。
全封閉電氣設備的異常溫升
近年來，油田變電所逐步推廣全封閉電氣設備，即將高壓斷路器、隔離開關、互感器等高壓元件進行組合，裝入金屬封閉柜內，如 GIS 組合電器和 KYN 系列鎧裝高壓開關柜等。在全封閉電氣設備運行時，如柜體內部設備出現(xiàn)局部放電，會引起導體連接處異常溫升，由于發(fā)熱位置隱蔽，運行人員無法及時發(fā)現(xiàn)。這樣易使故障擴大，致使電氣元件擊穿燒毀且波及相鄰設備單元，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行時，長期通過的工作電流產生的能量轉變?yōu)闊崮?，使電氣材料溫度升高但不會超出?guī)定范圍；當導電回路不正常時，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)熱溫度進一步增加，而使電氣材料的機械性能、物理性能下降。當溫度超過材料的熔點時，將使兩觸頭熔焊，最終導致斷路器無法實現(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柜均采用小車式斷路器，當手車插頭推入時，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，在運行過程中觸頭熔化，會引發(fā)相間短路，導致開關整體燒毀的惡性事故。
導體連接處的異常溫升
變電所的各個電氣設備間的連接主要靠螺絲進行壓接，還有與主母線、分支母線進行連接等多種方式。由于受到電壓等級的限制，需要考慮對地安全距離的要求，以及連接母線的運行安全，為此加裝絕緣護套并進行了封閉。這樣就使設備間連接導線存在架設距地面高、封閉性強等諸多不利于運行的特點，如果連接處的螺絲檢修不到位或長時間運行，在風力等外界因素以及運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
對于電氣設備在運行中存在的異常溫升現(xiàn)象，為防止溫升導致事故，在日常運行中，油田變電所大多采用在運行設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溫度的變化而變化，根據其顏色即可判斷被測點大致溫度，優(yōu)點是操作簡單，成本低廉；缺點是準確度低、可靠性差 （憑個人經驗來判斷溫度）。用測溫片測試溫度的方法是將其貼于裸露電氣設備連接點，監(jiān)測其溫度變化，只有在運行人員巡視設備時才能發(fā)現(xiàn)過熱缺陷，存在因設備較高不便于觀察以及受產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)點是測量范圍大 ， 準確度較高 ， 可靠性較好 ； 缺點是設備昂 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備連接點進行測溫時，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，且對封閉開關柜內的接觸點無法進行測溫。以上兩種測溫方式都不能及時、準確地掌握電氣設備運行時各連接點溫度的變化情況，存在局限性。
光纖測溫技術原理
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)控主機三部分組成
其與被測設備連接
溫度傳感器安裝在高壓設備的被測點上，一般固定在高壓設備、母線或導體連接點、斷路器觸頭等位置，當高壓設備運行時，溫度傳感器自動從高壓設備上感應出微弱的電量，經穩(wěn)壓處理后提供給測量和通信設備；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，監(jiān)測裝置對數(shù)據進行解碼計算后得出被測點溫度。如果被測點溫度超過預設的報警值，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)控計算機相連進行數(shù)據傳輸，同時可
通過 GPRS 移動通信網或綜合自動化系統(tǒng)將所有監(jiān)測數(shù)據上傳集控中心。
某采油廠針對變電所 6 kV 回路以及負荷較大的進、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，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柜內的開關觸頭連接點加裝溫度傳感器 ，通過溫度監(jiān)測裝置對設備各接點運行溫度進行實時在線監(jiān)測，變電所運行人員從監(jiān)控計算機中的 6 kV 無線測溫遙測數(shù)據表中就能很方便查看各接點的運行溫度及其變化情況。目前安裝的監(jiān)測設備已運行 3 年，應用效果良好，進一
步提高了電網管理水平。
某采油廠針對變電所主變壓器低壓側和 6 kV注水電動機回路負荷電流大的特點，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，可實時在線監(jiān)測小車柜內部開關觸頭溫度。
光纖測溫系統(tǒng)設備運行可靠，數(shù)據測量準確，應用效果良好。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。經查由于值班人員操作時小車開關未搖到位，造成動、靜插頭插入處接觸不良而存在過熱現(xiàn)象，經停電處理后恢復?？梢?，超溫報警功能可在第一時間提醒運行人員注意并發(fā)現(xiàn)缺陷，避免了因過熱造成設備嚴重故障，對設備安全運行具有重要意義。
效果分析
（1） 溫度在線監(jiān)測技術實現(xiàn)了溫度數(shù)據的實時測量，運行人員根據設備運行溫度數(shù)據，可直觀判定設備運行是否正常，提高了發(fā)現(xiàn)因溫度過熱造成設備缺陷的及時性和準確性。
（2） 采集終端 （溫度監(jiān)測裝置） 接收到的數(shù)據可與設定值對比從而實現(xiàn)超溫報警等功能，有效防止因接觸不良等原因導致設備過熱事故的發(fā)生。
（3） 溫度監(jiān)測設備安裝范圍可選擇全部安裝或只選擇在大負荷回路安裝，具有選擇性強、靈活方便等優(yōu)點，還可達到節(jié)省投資的目的。
光纖測溫技術應用范圍
溫度在線監(jiān)測技術不僅可對斷路器動靜觸頭連接點、母線連接點、隔離開關閘刀觸頭以及其他電氣設備連接點進行實時在線溫度監(jiān)測，還可用于干式變壓器、高壓電纜接頭等電氣設備的溫度監(jiān)測，應用前景非常廣泛。
（1） 應用溫度在線監(jiān)測技術可從根本上消除全封閉的電氣設備各接點溫度監(jiān)測盲點，解決以往無法檢測的問題。從本質上改變運行人員周期巡視接點溫度的管理模式，提高工作效率，節(jié)約人力、物力資源，經濟效益明顯。
（2） 可根據溫度在線監(jiān)測數(shù)據判定電氣設備運行情況，進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。
（3） 溫度在線實時監(jiān)測的數(shù)據可作為無人值守變電所的設備運行監(jiān)控的重要節(jié)點數(shù)據，給變電的運行監(jiān)控和缺陷收集提供強有力的技術支持。
（4） 溫度在線實時監(jiān)測可讓變電運行人員及時發(fā)現(xiàn)高壓設備故障征兆，提前采取有效措施，這對保障設備運行安全、提高供電可靠性具有重要的意義。
