变电站开关柜温度监测系统设计

张忠蕾，郝学磊，吕 琨

(1.聊城供电公司，聊城 252003;2.威海北洋电气集团股份有限公司，威海，264209)

1 引言

变电站设备，尤其是开关柜、变压器等高压电气设备，是变输电系统中的核心。变电站设备可靠运行的监测，对于整个电力系统的安全可靠运行都是十分重要的。由于这些设备大多采用封闭式结构，长期的运行造成热量聚集，容易造成设备损耗，如果设备散热出现问题，急剧的升温会造成设备故障。由此带来的安全隐患和经济损失不可估量。本论文针对传统变电站设备温度监测方式的不足，通过尝试荧光光纤温度传感器作为测温节点，搭建开关柜温度监测系统，成功地完成了聊城110kV开发区站10kV开关柜的温度监测，并取得了良好的效果。

2 光纤测温产品在温度监测中的优势

由于变电站设备具有高电压、强磁场、封闭等特性，传统的温度监测方法往往不能起到良好的效果。人工定时巡检的方法容易造成漏报。示温蜡片不能在结构复杂的开关柜等设备中使用。热电偶方法易受到电磁干扰，且本身属于金属元器件，容易出现安全隐患。而红外成像法受到环境影响极大，而且同样不能使用在结构复杂的开关柜设备上面。根据国外的成熟经验，光纤温度传感器产品是作为变电站设备测温的最理想设备。

光纤温度传感器产品氛围分布式和点式两种。其中，分布式温度传感设备主要使用在长距离测温领域中，如高压电缆测温。点式测温设备作为传统温度传感器的替代产品，具有尺寸小、寿命长、本征抗电磁干扰、本征安全的特点，可以为变电站设备的温度实施监测提供有效的保障。判断设备符合能力和使用寿命，为设备安全运行提供科学依据。从而提高经济效益，保障人民生产生活。

3 荧光光纤温度传感器原理

荧光光纤温度传感器使用光纤作为传感器和传输介质，在光纤顶部探头处安装荧光膜，荧光膜受到激光的激励后，受到激励辐射出荧光能量。激励撤销后，荧光膜的荧光余晖衰减会受到环境温度的影响，通过检测衰减的时间，可以得到探头所在位置的温度情况。荧光膜主要选用氟锗酸镁作为主要材料，衰减时间于温度的关系图如图1:

图1 氟锗酸镁衰减时间于温度的关系

荧光测温传感器工作过程如下:传感器的解调模块由激光二极管、光耦合器、弱信号检测电路、数据采集卡等器件构成。工作时，低功率的激光二极管光源 (LD)发出激光。经过耦合器传导至探头，探头发出的光经过光耦合器后，由光探测器将光信号转化为电信号。弱信号检测电路将电信号进行处理，经过滤波放大等处理，由数据采集卡采集数据并加以显示。

荧光测温解调仪电路系统硬件设计不再详述。

4 设备温度监测系统设计

系统采用三层构架，分为感知层、传输层和监控层。系统架构如图2所示:

图2 系统结构图

每个开关柜内触头有六个，分别位于上侧和下侧的A、B、C三相上。为保证节点的可靠性，六个触头均使用荧光点式测温节点进行监测。将测温光纤探头固定在静触头上即完成基本安装。当触头发生动作时，触头圆周位置形变，而中间位置比较稳定，为了避免探头在触头碰撞过程中产生形变或者脱落，同时保证系统温度测量的一致性，可将光纤探头固定在静触头的中间位置，以便于施工和后期维护。六个光纤探头分六条光纤进入解调仪，通过耦合器共用一个荧光测温解调仪 (采集单元)进行信号采集和处理。

传输层的目标在于将感知层中采集的数据进行传递，感知层中的光纤将各个监测点信息进行采集和处理，计算得到的温度信息使用CAN总线数据的协议进行发送，数据被传输到控制服务器上进行整合，并在上层平台中进行显示。

监控层为监控多个开关柜，系统支持组态的软件显示界面，和并行控制服务器。在电力专网上的一台PC机中架设监控端，可访问多个控制服务器，获得统一的开关柜信息。

图3 电缆触头光纤传感器安装

触点的温度、变化趋势等通过图表、数值和曲线等形式来显示。系统提供阈值报警功能为设备的运行维护提供有力的保障。控制服务器运行的服务程序使用C++进行编写，保证了系统的可靠性和速度。监控层的组态界面采用JAVA程序进行编写，保证界面美观，易操作的基础上，还可兼容多个操作系统。目前，该系统已在聊城110kV开发区站温度监测中使用，运行效果良好。

5 总结

文章通过分析比较现有的高压开关柜温度监测的几种方法，尝试采用荧光光纤测温方式设计开关柜温度监测系统，通过对开关柜的触点温度进行监测，为工作人员实时了解开关柜设备工作状态提供了有力的数据支持。验证了荧光光纤测温方式在变电站设备温度监测中的可行性和可靠性，取得了良好的效果。该系统的设计和运行，对电力设备健康诊断和预警具有重要意义。

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