在线测温技术在金属铠装移开式开关柜的应用

王忠明，林 峰，艾红勇

（新余钢铁股份有限公司动力厂，江西新余 338001）

前言

交流金属铠装移开式开关柜是变配电所中非常重要的电气设备，具有占地面积小,结构紧凑合理,安全防护性能好,维护方便且便捷等优点，广泛应用于发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。

开关柜断路器室的手车通过在工作位置与试验位置实现工作和断开二种工作模式。在工作位置时，断路器手车动触头的触指与母线相连的静触头相接触，实现电能从母线→动、静触头→断路器→动、静触头→分支母线→用电户的传输。

动、静触头接触是否良好直接关系高压柜的安全运行，但因断路器室密封结构特点，变配电所的值班员工无法通过使用红外测温仪或红外热成像仪安全、有效地测量到断路器室动、静触头的运行温度，一旦动、静触头接触不良过热将导致电气事故，造成生产与设备的损坏事故。

1 动、静触头接触电阻大的原因分析

移开式开关柜断路器动触头的触指紧固弹簧为非导磁性不锈钢材料，严防触指紧固弹簧疲劳断裂，动、静触头接触表面经镀银处理，镀银厚度不小于6～8 μm。[1]因使用年限长，可能导致弹簧疲劳松弛甚至断裂、动静接触表面镀银磨损严重、变配电所密封差粉尘侵入、断路器室安装工艺差导致动静触头接触不对中等原因，造成动静接触电阻超标，当电流通过接触面时，就会产生热能，如果电气接触处接触良好，接触电阻值很小，则产生的热能很小，不会影响电能的传输；如果电气接触处接触不良，接触电阻值较大，则产生的热能较多，导致接触处的温升增大，当温升到一定限度，而没及时停电处理，易导致恶性事故，引发全站大面积停电。

为了遏制因电气接触处过热引发的电气事故，《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》第11.7.2 条明确提出：定期用红外线测温设备检查开关设备的接头部、隔离开关的导电部分（重点部位，触头、出线座等），特别是在重负荷或高温期间，加强对运行设备温升的监视，发现问题应及时采取措施。开关柜的动、静触头接触处是一次导电体接触最薄弱部位，采取技术措施对该部位温度进行在线实时监测是变配电所设备运行管理急需解决的难题。

2 在线测温系统的技术特点

目前，关于开关柜在线测温系统市场上有不同的技术解决方案，主要有五种。

2.1 光纤测温系统

以光纤为温度传感器和通信载体，光纤上的每一点都兼具“传”和“感”的功能，敷设在高压柜接触点上，通过测量光纤内传播及散射的光束，来分析并计算出被测物的温度，能准确测量高压柜触点的运行温度。光纤具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的电气高压。但受开关柜结构影响，在柜内布线难度较大。光纤具有易折、易断的缺点，因此光纤测温装置适用于长距离、大面积、测点多的场所，如电力电缆。

2.2 红外测温系统

红外测温为非接触式测温，对被测物进行在线红外辐射测量。由于红外传感器和后端设备通过有线连接，而高压电气因安全原因，要求红外传感器必须与被测点保持一定的距离，且红外传感器与被测量点之间需无遮掩，红外传感器和被测点表面干净。红外测点易受到周边环境，如粉尘的影响，故只适用于全密封、有空调及空气质量好的场所。

2.3 有源无线测温系统

将监测模块安装在被测物上，采集到的温度信息再通过无线信号发送至接收端。监测模块的工作电源一般选用性能优良的进口钮扣电池，采用无线射频信号技术。由于开关柜断路器室的温度较高，高温下电池寿命大大降低，实际寿命很不确定，更换电池须进行停电操作，直接影响用户的正常供电，另一方面电池长期处于高温下可能存在液体渗漏及腐蚀金属表面，后期更换钮扣电池成本高。

2.4 电磁能取电测温系统

磁能取电是新型取电测温方式，取电方式属于环境能量收集（EH 能量收集）类型。利用高密集微型线圈以及新型特殊多金属软磁合金，具有磁通很小、易饱和自产热量小的特点，将导电体周围的电磁转换电能，经整流滤波后存储在微电容上供给温度采集模块和无线射频模块工作,采集到的温度信息再通过无线信号发送至接收端。

2.5 表面声波测温系统

采用特殊设计的声表谐振器（SAW）,当有一个固定频率的电波输入到声表谐振器，谐振器输出的电波信号频率会随着谐振器感受到的环境温度的变化而变化，通过采集谐振器的输出频率，就可以换算出谐振器对应的环境温度，达到测量环境温度的目的。系统主要由声表面波无线测温探头（传感器）和基于雷达原理的温度读取器组成。温度读取器也同时需要安装在探头开关柜中，也需固定一根天线，需要在开关柜内布置接收天线，天线需要和测温点的终端无障碍，安装比较麻烦。

3 在线测温系统的选择

某公司因高压柜的动、静触头接触不良过热发生多起短路事故，甚至造成配电室的火灾事故，先后采用了红外测温系统等在线测温系统，但效果不好。经厂家技术交流、方案比较、用户业绩综合考虑，决定选用技术成熟先进、行业领先、用户业绩好的无源无线测温系统。该无源无线测温系统主要由三部分构成：无源无线测温传感器、无线温度接收终端、数据服务器及监控后台，见图1。

图1 无线无源测温系统示意图

（1）无源无线测温传感器

采用EH 能量收集技术，启动电流不大于5 A，一次设备电流在4～50 00 A 内能稳定工作，测温采用数字感温芯片，抗干扰强，无需后期维护，无线温度传感器体积不大于30 mm×30 mm×10 mm，可安装在高压柜的动、静触头上，不会影响电气狭小空间的绝缘间距，测温范围-45～+125 ℃，发送间隔20～100 s（温度越高发送间隔越短）。

无源无线测温传感器的安装位置的选择。传感器可以安装在静触头上也可以安装在动触头上，但从准确反应动、静触头的接触温度来看，传感器最理想位置应是接近发热点；离被测处距离越长，受环境影响越大，准确度越低，因此安装在静触头上更合理，缺点是须停高压母线才能安装传感器；安装在动触上，只需将待安装高压柜计划停电即可安装，但测量准确度差些，同时安装时须考虑动触头的触指在工作位置时涨开对固定传感器的影响。为了准确测量动、静触头接触处的实际温度，可优先选择将测温传感器安装在静触头上。

（2）无线温度接收终端

无线温度接收终端可以显示被测动、静触头的接触温度，有壁挂式或嵌入式，可安装在配电室的高压柜或墙面上，一般设置预警和报警两种方式。通常预警温度设置为60 ℃，报警温度设置为70 ℃，变电所巡检人员发现预警信号时，根据预警信息及时确认设备编号、实际运行温度，进一步检查该柜负荷是否变化、环境温度、柜内冷却风扇（如果有）运行状况等。一般同一层动、静触头的接触温度相差大于5 ℃，则说明该动、静触头存在隐患，须加强监控，关注温度变化是否有劣化的趋势，并做好记录；当动、静触头触温度达到报警温度时，除了进一步加强监控外，同时申请计划停电检修，对动、静触头有针对性地检查、维护。接收终端显示本地温度、湿度，方便巡检人员了解运行设备的运行温升和室内的湿度，通信方式为以太网、RS485、光纤、GPRS 可选。

（3）无线监控后台

无线测温监控后台的设置有两种方式。一种方式为设备厂家配套无线监控后台，可以显示实时被测温度、历史曲线、超温报警、一次图，具有人机界面友好、操作方便、数据全面、功能完善的特点，同时还可实现具有高温告警短信、邮件通知功能。另一种方式为用户现有的监控后台，目前变电所综合自动化系统使用非常广泛，无线温度接收终端支持标准的通信协议，通过通信管理机上传到用户现有监控后台，显示实时被测温度，并由监控后台设置超温报警。

4 应用效果

2017 年五总降测温项目实施后，值班人员及时发现了变压器35 kV 进线柜5303 柜的动、静触头接触处A 相比其它相高26 ℃，值班人员加强对该柜发热情况的监控，同时向公司职能部门申请停电检修，为合理安排检修提供了依据。鉴于使用效果较好，先后在一、二、三、四、六等总降推广。到目前为止发现10 多起动、静触头接触处发热隐患，通过对发热温度变化趋势加强监控，申请计划停电检修处理方式圆满地消除了隐患，避免了恶性事故的发生，确保了新钢公司大生产的正常运行安全。新钢公司在“升改工程”工程配套的二总降改造工程中，高压柜采用了9 点测温（6 个动、静接触点、3 个高压电缆接触点），考虑到已有监控后台，无线温度接收终端通过通信管理机上传到用户监控后台，显示实时被测温度，设置超温报警，降低投资，满足监控人员对无人值守新二总降35 kV 一次设备运行电气温度的实时监控，确保变电所的安全运行。

5 结束语

交流金属铠装移开式开关柜因其结构特点，开关柜动、静触头接触处的接触状况相对柜内其它电气接触点是最薄弱部位，开关柜动、静触头接触因接触不良过热导致的恶性事故较多。因此《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》明确要求加强对运行设备温升的监视，一方面在线测温技术的运用使接触不良过热导致事故的事故抢修过渡到状态监测维修，提高了电气设备管理水平；另一方面在线测温技术也丰富了变电所综合自动化监控后台监控的内容，值班人员实时温度监控，为无人值守变电所安全运行提供了良好的技术支持。