开关柜无线测温技术的优势及应用

姚晓林 苏彦洁

(国网威海供电公司，山东 威海264200)

0 引言

电力系统安全稳定运行是电力系统控制的根本目标和进行电力市场交易的重要保障。随着现代电力系统向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，对电力系统供电可靠性的要求越来越高。影响电力系统安全运行的因素有很多，其中一个重要方面是电气设备自身的安全运行问题。由于绝大多数的电气设备采用封闭式结构，散热效果差，热积累大，并长期处于高电压，大电流和满负荷的条件下运行，其结果导致热量集结加剧，如果不对温升采取有效的监测措施，将会危及电气设备的安全运行。特别是当电力系统发生短路故障时，强大的电流使电气设备内部温升加剧，电气绝缘遭到严重破坏，并使电气设备寿命缩短，甚至造成电气设备被烧毁的严重事故。据统计，电力系统发生事故原因中有相当一部分与过热问题有关，因此电气设备温度在线监测问题已经成为电力系统中电气设备安全运行所急需解决的实际问题，是提高电气设备可靠性的迫切需要，对保障电力系统安全稳定运行具有十分重要的意义。

发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电气设备。在设备长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法监测，由此最终导致火灾事故。近年来，在电厂和变电站已发生多起开关柜过热事故，造成火灾和大面积的停电，解决开关柜过热问题是杜绝此类事故发生的关键。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生。但由于开关柜内狭小的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。

1 开关柜内接头发热的原因及危害

运行中的电力设备经常发生接头发热现象，如不及时发现并处理就会引发严重的生产事故。电网设备中的触头和接头的电网安全的一个重要隐患。现有统计结果表明，故障主要发生在如下位置：

1）开关柜中动、静触头故障。开关柜作为一种广泛运用的电力设备，开关柜是输配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据的重要作用。开关设备因高压断路器动、静触头接触不良，加上长期的大电流、触头老化等因素易致其接触电阻增大，从而导致长时间发热、触头温升过高甚至最终发生高压柜烧毁故障。

2）电缆接头故障。随着运行时间的延长、压接头的松动、绝缘老化、以及局部放电、高压泄漏等，将引起发热和温度的升高，温度的升高将使这些状况进一步恶化，这将促使温度进一步提升，这一恶性循环的结果就引发电缆短路放炮，甚至火灾。

2 无线测温技术的优势

近几年，电力生产中广泛运用各种先进的温度测试设备，如红外测温、温度传感器、光纤测温等。开关柜无线测温是基于无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。而无线测温与上述其他测温方式相比，均具有一定的优势。

2.1 无线温度监测方法与普通测温的比较

普通的温度监测方法主要采用热电偶、热电阻、半导体温度传感器等温度传感元件实现的，这些温度传感器都需要金属导线传输信号，由于无法保证具有稳定的绝缘性能，无法在高压开关柜内的触点上使用。无线式温度监测装置中，传感器采用无线通讯传输温度信号，具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜的高压，因此能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。

2.2 无线温度监测方法与红外测温的比较

无线式温度监测装置，是采用无线传递温度信号，装置所带的测温传感器能够安装到带电物体的表面，直接测量带电物体的温度，而红外测温为非接触式测温，易受环境及周围的电磁场干扰，需人工操作，无法实现在线测量。开关柜内的空间非常狭小，无法安装红外测温探头(因为探头必须与被测物体保持一定的安全距离，并需要正对被测物体的表面)。

2.3 无线温度监测方法与光纤测温的比较

光纤式温度测温仪采用光纤传递信号，温度传感器安装在带电物体的表面，测温仪与温度传感间用光纤连接。光纤具有易折、易断、不耐高温的特点，在柜内布线难度较大，而无线式测温装置免除了柜内光纤布线。

3 开关柜无线测温技术的应用与发展前景

目前，国内外多家公司科研院校已经分别研制出了多种无线温度在线检测测量系统。如ABB公司研制的“Safe Guard”装置，它是一种非接触型温度监测系统。主要用于配电开关柜中关键部位的温度连续监测，也有监测断路器其它工作状态的功能。该装置采用石英晶体声表面波元件作为温度敏感元件，直接粘附在待测点上，由它组成的振荡回路输出与温度有关的频率信号。整个系统采用全数字化设计以抑制强电磁场干扰，可实现过热报警，并可用微机联网集中监测。

无线测温系统在实际应用中工作可靠、结构简单、体积小巧、便于安装又不影响开关柜的结构性能，而且产品的价格易被用户接受。值得一提的是，无线测温模块在结构设计上紧凑小巧，与开关柜配套时，原柜结构无需变动，只需在相应处打上安装孔即可，不影响原柜各种性能，特别是开关柜的绝缘性能。

智能电网的安全生产不仅是一个庞大而复杂的系统工程，而且是电力公司乃至全社会改革、发展和稳定的基础，也是未来我国乃至全世界智能电网发展的重中之重。国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和国家电网于4月19日发布《国家电网公司绿色发展白皮书》等一系列重要文件中，智能电网安全保障已经纳入国家重大优先发展和着手实施的主题。电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全保障的重要环节，尤其我国正处于经济快速增长时期，国家电网的电力供电负荷日益增加，在持续扩大供电同时给电网电器设备带来一系列的安全问题。为尽可能的避免各类电力事故，电力设备安全运营的任务迫在眉睫。智能电网末端大多为35kV与10kV开关柜，因此开关柜能够安全正常运行便成为重中之重。电网温度监测是我国智能电网目前面临的巨大挑战，因此有理由相信开关柜无线测温技术在今后势必会得到更大范围的推广和应用，为电力系统的安全运行作出更大的贡献。

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