高压开关柜在线测温技术的研究

李伟年 俞明华

(南京天石软件技术有限公司，江苏 南京 210022)

1.在线测温的作用

由于高压开关柜的结构上具有通用性，不管是XGN还是KYN型开关柜，不同厂家配置的设备在架构上基本保持一致的，而在配置、功能和结构上也是很相似的，所以在开关柜的发热方面有许多规律可循。

通过认真分析开关柜实际的发热情况发现，发热故障主要出现在开关柜内刀闸接头和电缆接头。因此开关柜的测温只需要将注意力集中在某些关键点就可以了，其他部分关注度可以少一些，当温度升高时，及时并且正确地监测关键点的变化，在温度超过允许的限度之前要发出警告，确保运行维护单位有充分的时间准备，并且及时采取正当的防护措施避免事故的发生。

2.高压开关柜在线测温的特点

根据现场设备的一些具体结构和运行要求，高压开关柜对测温手段有一定的要求：

(1)非接触式测温法不适应现场的开关柜结构。根据现有的XGN和KYN型开关柜的具体结构，高压开关柜主要包含断电器、隔离开关、电流互感器、电缆头等设备。柜内的导电部位全部采用绝缘热缩包封，这是为了防止设备因为脏污受潮而引起污闪事故，又避免因为动物进去引起短路。广电网公司在2009年反事故技术措施也明确要求“运行及未投运的移开式开关柜(KYN型开关柜)的导电臂都必须装配绝缘套，今后进入广电网系统运行的小车柜，开关小车导电臂必须安装绝缘护套”，正因为如此测温的所有部位都需要被绝缘护套包扎，这就决定了非接触式测温技术不能在开关柜内得到好的应用。

(2)测温装置高压绝缘问题突出。由于高压开关柜内设备带电运行，而测温传感器必须安装在被测物体的测量点上，属于高压设备，而信号采集装置安装在在柜体或者柜外，其外壳与地网相连接，则测量测温传感器和信号采集装置之间存在高电压。因此要采取正当有效的措施隔离高压与低压设备，同时各设备之间要保持安全距离，不能被测温传感器装置所影响，否则会导致开关柜内设备故障造成事故，这些都是测温系统工程实践首先考虑的问题，同时也是造成开关柜测温技术发展缓慢的原因之一。

(3)测温装置不能影响设备原有性能。开关柜内断电器、隔离器开关均为可操作性设备，分合操作必须遵循其运行方式，而在线装置的安装不能影响到设备的性能，以上这些对与测温装置都有一定的要求，既要适应现场设备的具体结构，也要确保柜内测温传感设备安装可靠。

(4)高压开关柜运行环境恶劣，电磁干扰严重。高压开关柜柜内采用了全密封结构，除了一部分观察窗之外，其它部分采用金属挡板密封。根据开关柜IP3X的防护等级，各柜体之间的距离范围不能大于2.5mm。与此同时柜内设备运行电流很大，一些大电流柜柜体就需要数千安培的电流，甚至达到4000A，变电站内复杂的电磁环境与电磁的干扰影响了测温系统，进而降低了测温设备数据之间的可靠性。

3.国内外高压开关柜在线测温技术研究

国内外常用的测温方法主要有两种：接触式测量与非接触式测量方法。接触式测量方法就是传感器与被测物体直接接触，传感器与被测物体的温度要保持一致。而非接触式测量方法就是传感器与被测物体不能直接接触，被测设备是通过热辐射原理来测量温度的。就目前发展形势来看，这两种方法在检测技术领域有很广泛的研究，根据检测的手段特征区分，主要有以下几种特征：

(1)红外测温法

在直接接触测量方法中非常有代表性的就是红外测温法。红外测温法主要依据的是斯特藩-玻耳兹曼、普朗克等人的黑辐射原理，黑体是理想化的辐射体，它们能在相同的温度下散发出相同的电磁波谱，而与黑体的具体成分和形状特性无关。物体表面的温度与物体本身红外辐射能量的大小及波长的分布有着密切的联系，通过测量物体本身辐射红外能量，从而测定其表面的温度。目前的红外测温仪的基本组成是光学系统、红外探测器、信号放大器与信号处理及显示输出等部分，核心元素是红外探测器，它可以把入射的红外辐射转变成可以测量的其它形式的电信号，经过放大器与信号处理器电路按照仪器内部的算法计算和校正后转变成了被测目标的温度值，然后在光学系统上显示。

(2)无线测温法

无线测温法是对接触式测温方法的改进，是为了隔离测温设备与电力系统之间的高低压而产生的一种新型的测温方法。通常的无线测温系统由分布式测温点、数据接收器、后台处理系统组成。分布式测温点直接安装在需要测温的地方，数据接收器放置在距离开关柜一定距离的地方，分布式测温点和数据接收器之间数据的传输是由无线通讯方式实现的，从而实现了高压的隔离与测温数据的采集，解决了高压开关柜内触点运行温度不易被红外测温法监测的难题。无线测温法虽然解决了测温装置的安全问题，但在实际应用中也发现了很多问题，其中最核心的问题就是开关触头位置处测温装置的工作稳定性问题。在实际应用中，该模块所用的电源是从电力线获取能量的电流感应式电源，而电力线负荷的大小决定着电源获取的能量大小，其幅度变化很大，因而模块时常出现供电不足的现象。针对此问题，有人建议利用电池、减少测温装置功耗等方法，但缺陷是电池消耗完需要定期更换，同时会因为无线发功率过小而产生电磁干扰，致使测温数据传输出现错误，更换装置电池则需要高压开关柜停止供电，达不到高压开关柜持续运行的工作要求。

(3)光纤测温法

伴随着光纤通讯与集成光学技术的发展，光纤传感技术在传感器领域表现异常活跃，与传统的传感技术不同，光纤传感器的优点不是功能特性，而是其本身的物理特性。正因为光纤传感器具有光纤质轻、径细、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、信号衰减小、集信息传感与传输于一体等优点，可以解决常规检测技术不能解决的一些测量问题。首先由于光纤本身是一种很好的绝缘材料，隔离了电力系统与测量设备之间的高压，从而避免了测温装置引起的设备安全事故，同时使用光纤作为传输和传感信号的载体，使得存在于电力系统环境中数据传输存在的强电磁干扰问题得以解决，使得测量结果更加准确。其次由于光纤挠曲性好、直径小、重量轻，可以检测常规传感器所不能达到的部位。这些优点使得光纤传感器在电力系统温度测量方面展露了头角，可以作为适合于高压开关柜温测量的主要手段。

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