荧光光纤测温技术在开关柜中的应用

马力++何璐++张超++刘珊++靳卫安

摘 要：为适应国家关于建设坚强智能电网的需要，开关柜温度监测的可靠性和实用性显得尤为重要，无源光传感器是开关柜温度在线监测的必然趋势，而荧光光纤温度传感器，基于其可靠性、实用性以及性价比高等特点，将是开关柜断路器、电缆接头温度在线监测的首选之一。

关键词：开关柜 无源光传感器 荧光光纤温度传感器 在线监测

中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0052-02

“坚强智能电网”是我国电力系统发展方向，大电网高可靠性、高自动化水平对于国民经济发展及电力系统的安全稳定运行起着非常重要的作用。在建设“坚强智能电网”的过程中，如何高效、准确地对电网运行设备进行自动监控是目前我们所面临的关键问题。在输配电系统中，高压开关柜是重要的一次设备，承担着开合电力线路、提供监控保护等重要作用，它的安全稳定运行直接影响着输配电系统的安全稳定运行。目前国内多家单位出现过的高压开关柜故障，大多数是由于开关柜在长期运行中，由于各种原因导致的不良溫升造成的。因此，如何采取有效措施对开关柜内的温升进行有效监测是杜绝开关柜此类故障出现的关键问题。

人工巡检是目前对高压开关柜温升监测所采取的主要手段。手持式红外测温仪的监测方法受到了开关柜的结构的限制，使这种方式除了不能获得准确的温度数据外，同时更不能适应“无人值守、智能电网”的要求。因此配置高可靠性的高压开关柜温度在线监测设备具有重要意义。

1 发热原因

（1）触头接触面绝缘性能老化。高压开关柜的动静触头是最容易发热的部位[2]，由于该部位接触不良、脏污等原因，使得接触电阻不断增大，在大电流通过时，严重发热，发展到一定阶段后，则会造成严重的故障，破坏系统稳定运行。

（2）设备的安装工艺不当。设备的安装工艺不当主要是施工质量问题[3]，小车式开关插嘴的位置与固定的插头位置在施工过程中没有准确对齐造成偏差，开关推入后，插头部分会由于接触不良引起触头发热。

（3）长期振动，缺少及时维护，使接头松动，造成接头处电阻增大，容易形成发热点。

（4）开关柜运行的环境温度、防护等级偏高以及通风不畅等因素造成的散热困难。

2 温度在线监测技术现状分析

按照GB50116-2014《火灾自动报警系统设计规范》[1]第9.3.1，对于开关柜内电缆接头等重要部位设置测温式探测器，针对开关柜存在的上述问题，并根据国家智能电网的要求以及智能变电站的实施，各科研院所和生产厂家开发了一系列新型的高压开关柜温度监测装置。这些装置的测温原理大致分为如下几类（见表1）。

3 荧光光纤测温技术的优势

（1）不受绝缘问题和电磁干扰问题的影响：荧光光纤测温技术采用的材质是绝缘材料，传感和传输信号均为光信号，工作中无需对其供电，传感器和外部没有电的连接，因此，荧光光纤传感器应用于开关柜触头温度监测，不存在绝缘问题及电磁干扰。

（2）由于其传感探针体积小，没有任何金属材质，没有电子元器件，绝缘性能好，耐高压，使用寿命长，后期运行免维护，可全天候实时监测和分析开关柜触头的温度。

4 荧光光纤测温技术的原理及实现方式

荧光测温的基本原理是：某些稀土物质在受到外界光刺激后会发光，即使这种外界的激励停止后，还会自主持续一段时间的发光，而这个持续时间是和温度相关的，通过测量荧光余晖的时间从而反演出温度。

基于荧光机理的测温系统功能，其具体实现步骤如下：

（1）光源发出一束光脉冲，通过耦合器调制后射入光纤传感器中。

（2）光纤传感器反射回一束特定波长的光信号，该信号携带有被测点的温度因子。

（3）信号处理电路对该光信号进行分析、计算后得出被测点的实际温度。

5 荧光光纤测温技术在开关柜中的应用

5.1 设备安装

5.1.1 监控主机的安装

该系统的监控主机安装在控制室的监控柜内，并在操作员控制台上设置一台监控计算机进行远程监控。

5.1.2 光纤测温仪的安装

光纤测温仪安装在开关柜前面上部的仪表盘后壁上，以方便日后的检修。

5.1.3 光纤温度传感器的安装

（1） 在开关柜触头上的安装。开关柜的主要发热点位于静触头和动触头的接合部位，但此部位处于绝缘套筒的保护之下，里面的空间非常狭小。因此，光纤温度传感器的设计应充分考虑此问题，同时附件的安装应考虑与动触头保持安全距离。

（2） 在开关柜电缆接头处的安装。采用专用航空硅胶将传感器粘贴在电缆接头处后采用专用扎带捆绑固定。

（3） 柜内走线。柜内电缆和尾纤要尽量沿着柜体角落走线或走专用的线槽跟二次线捆扎在一起，便于日后对柜内的检修。

5.2 软件系统

软件系统的主要功能包含实时温度的本地监控、实时数据的远程监控、高/低温报警、高/低温预警、历史数据回放、报警前后曲线、温度导出等功能。

6 结语

利用荧光光纤温度传感器，解决了开关柜的主要发热点的监测问题。荧光光纤测温技术在开关柜内的应用，不受绝缘问题和电磁干扰的影响，测量准确度高，体积小，使用寿命长、免维护等优点，并可以对多个高压开关柜内的接头温度同时进行在线监测，此技术的应用将整体提升我国电力工业领域温度在线监测的技术水平。

参考文献

[1] GB/50116-2013.火灾自动报警系统设计规范[M].北京：中国计划出版社，2014.

[2] 皮秋如.浅谈10kV开关柜发热原因及该经措施[J].科技创新论坛，2010（2）：193.

[3] 冯中超.10kV开关柜发热原因及改进措施探究[J].电力建设，2015（16）：84.