荧光光纤测温在开关柜重要节点测温的应用

徐明磊，闫建成，丛林

青铜峡铝业股份有限公司，宁夏青铜峡，751603

0 引言

高压开关柜是电力控制系统之中十分关键且常用的设备之一，在维护系统运行安全方面发挥着十分关键的效用[1]。高压开关柜一般处于电流电压比较高的环境中工作，十分容易处在高温状态，进而破坏系统及仪器，因此，需对开关柜重要节点温度改变状况进行实时监测。在输配电力的过程中，设备具有的安全性能非常关键，在某些负荷量过多的区域，保护电力设备刻不容缓，开关柜零件因电压较高、电流较大而产生发热现象，进而对零件造成破坏，引起十分严重的后果，不过，若可以及时检测零件发热状况并予以修理，可尽可能减少此类事故出现的概率。

红外测温是以往检测开关柜温度的重要手段，不过，因高压开关柜内部存在较高电压，由此引起的电磁干扰导致测量温度的精准性有所下降，过多的测点会使测温难度明显增加，加之部分设备所处的工作环境也会给红外测温造成不利影响[2]。伴随科技不断发展，各行业使用光纤技术趋于成熟，在测量设备温度时，光纤传感方法得以更加广泛地使用。面临工作量较大、监测节点数较多等问题时，光纤测温具备较强的使用价值，故本文提出荧光光纤测温技术，提升实时监测开关柜重要节点温度的效率与可靠性、安全性。

1 开关柜发热常见的诱因

第一，更新设备的速度不够快，较多设备存在元件变形老化和超期使用等突出问题[3]。尽管国内电网有效推行使用全新的设备、材料与工艺，加速电网改革深化，但诸多落后且陈旧的开关柜设备始终运行在岗位第一线。这一现象尽管从表面上看减少了运行的成本，不过电网运行难以获得保障，各种故障与事故出现的概率显著增高。此类落后且老旧的设备内部留有的导体材料在纯度上有所欠缺，受该材料影响，电导率较标准更低。断路器工作有关条件虽没有异常，不过导流会外放一定的高热量，开关柜温度会处在持续增加过程之中。

第二，安装工艺有问题。承担设备安装的人员应掌握相应技术，同时对开关柜安装有关标准予以严格执行。安装工艺有问题会增加开关柜使用的潜在安全风险。例如，固定插头、开关插嘴位置离设计稿规定位置有一定的距离，易导致固定插头无法完全连接上开关插嘴，“虚接”极易造成发热[4]。因而，需委派专业人员监督开关柜安装全流程，完成安装以后，应严格管控设备验收，避免埋下发热隐患。除上述内容外，母线加工、连接中，应确保其表层平滑无凸起，避免发生人为使用电力脂等纰漏。

第三，连接位置螺栓紧固压力欠缺合理性。在导体连接方面，某些检修与安装人员提出螺栓拧得紧其效果会更好，实际上并不是这样。众所周知，铝材质母线弹力系数偏小，螺母压力持续增加直至临界数值，若母线强度不佳，持续增压的过程中，会致使接触面发生隆起变形，导致接触面有所缩小，使得接触电阻增加，进一步对导体接触成效造成影响[5]。

第四，设备试验、检修之中有关人员职责履行状况较差。有关人员参与开关柜试验、检修应抱有高度责任感，认真履行自身职责。常规来说，开关柜试验、检修之中，有关人员需拆除设备内部某些连接点后再次展开连接，进而为试验、检修工作提供重要信息。完成上述工作以后，根据原先样式，对设备展开连接。不过部分试验工作者、检修工作者不具备高度的责任心、没有端正个人在工作上的态度，经常忽视细节，如，一共存有4个接头用以紧固螺栓，某些工作者经常在工作结束后重新安装其中3个，甚至仅对其中1个进行安装。又比如，螺栓紧固效果不佳，实际接触面压力不够，若线路没有产生很强的负荷，一般来说不会诱发有关问题。若短时间内线路产生强劲的增压状况，极易导致接头严重发热，其中，互感器连接点发热状况最为严重。

2 荧光光纤测温

2.1 测温基础原理

现下，荧光光纤测温能实现在不同工况下特别是在电磁干扰环境中的测温。受辐射波长影响，荧光材料原子得到激发，引起辐射活化，加速荧光产出[6]。众所周知，荧光为发射光的一种，会牵涉吸取、再一次发射两大环节，每一环节均为瞬间，不过2个环节中存有不少时间间隔，其依靠荧光去活化。此类非辐射淬灭成效一般取决于分子环境，同时辐射强度和环境息息相关。荧光测温不再局限于表层定向测温，可在固体物内部放入探头，亦可置入液体、导入设备之中，抵达规定区域。

2.2 测温技术的优势

一方面，该技术不会受到绝缘以及电磁干扰等影响。荧光光纤测温选用绝缘材质，借助光信号传输、传感，运转中不需要对其提供电力，外部以及传感器均是无电连接，故开关柜触头施展测温时，荧光光纤传感器不会受到绝缘以及电磁干扰等问题的侵扰[7]。另一方面，因传感器存有体积较小的探针，无其他金属材质，也无电子元器件，故具备非常好的绝缘性，可以做到耐高压，可使用较长时间，后续运行可免去维护，能够实时检测、探析开关柜不同节点的温度。

2.3 测温系统的实现方式

基于脉冲控制，光源被激发，后产生脉冲激励光，在分光器影响之下，全反射现象清晰可见，在耦合器中融合光纤，接着在光纤之中，传输激励光一直到探头位置，可照射对应荧光物，荧光材料得以激发，荧光就此产生[8]。将激励光撤出，可见荧光余晖信号，途经同一光纤，再途经耦合器、分光器，正式进入点转换这一阶段。在此阶段，信号由电转换成光，正式进入处理信号这一阶段。处理信号阶段，增强放大处置荧光余晖信号，经滤波处理，正式进入数据收集传递这一阶段。数据收集系统可使该类型信号转换成离散数字，处理数据结束以后，根据荧光材质温度、使用期限间的联系，以此得到受检物温度详情，开关柜各个节点温度数据在无线基础上传输到监控室，最终显示在无线接收单元。

2.4 测温系统的主要特点

第一，灵活性。测温设备自带相应的屏幕显示，能够独立展示报警状态、设置报警阈值、查看报警有关记录，以及处理报警等，当设备成功接入网端之后，能够在电脑系统平台之中展开上述操作。第二，传输数据不受影响。就地实现同步测量和传输数据，测量单元使用不同的数据总线开展数据传输操作，能够排除外部因素给监测结果带来的影响，使每一个被监测设备的数据具备较强的可比性[9]。第三，迅速进行报警。数据采集频率较高且更加精确，能够依照使用者设定相应的采集数据，最短周期可低于一秒。第四，对设备运行状况展开精准预测。计算并探析受检测开关柜温度数值的发展趋势，与工况信息相结合，进一步评估开关柜的老化情况[10]。

3 开关柜重要节点荧光光纤测温的应用

3.1 安装设备

3.1.1 安装监控主机

在控制室监控柜之中安装测温系统监控主机，操作人员可在控制台中设置监控计算机开展远程监控。

3.1.2 安装光纤测温仪

将ST-FC接头和荧光测温探头相连接，荧光光纤测温仪可在硅胶护套内部预埋，光纤接头能够与电缆接头中存在的导线直接接触，换句话说，能够检测接头的真实温度。

3.1.3 安装光纤传感器

一是，开关柜触头用以安装传感器。开关柜静、动触头间互相连接的位置即发热中心点，在绝缘套筒影响之下，该位置内部空间并没有非常大。故而，对传感器展开设计时，应对此进行充分考虑，且在安装附件中需关注到，其和动触头间距应处于安全范围。二是，开关柜电缆接头用以安装传感器。借助航空专用硅胶将传感器粘贴于电缆接头部位，借助专用扎带捆绑和固定。三是，开关柜内部走线。柜内电缆、尾纤最好是顺沿柜角落排线，又或者借助二次线、专用线槽捆扎，为后续检修开关柜带来一定便利。

3.1.4 安装、维护光纤的注意事项

第一，由接受过专业严格训练的技术人员安装与维护光纤，以防光纤拉紧、挤压或扭曲，并且光纤弯曲半径需超过40mm。第二，在实际安装过程中需重视避免重压光纤，还需避免光纤被紧夹、被扎尖利物体而产生破损。第三，布放光纤的过程中需重视避免出现扭转、打结、背扣等问题。第四，重视将光纤ST接头握在手上或者固定住，避免甩动。第五，若光纤转弯位置需要通过锐角，需加垫弯曲软性护层等各种科学导引装置。第六，当光纤穿出壳层时，需经过喇叭形软管口或是带护口保护塑料管。第七，光纤长度多余部分需展开圆圈盘绕，其半径需超过10cm，固定可靠。第八，没有连接光纤接头时，在两端需套上保护帽，避免附着灰尘。第九，对变送器进行拆卸时需将光纤卸下，固定光纤接头之后，再对变送器进行拆卸。

3.2 软件系统

软件系统可实时监控当前区域温度、远程管控数据信息、发出低温高温警报、制定温度曲线、访问历史数据等。

3.3 系统测温效果

将荧光光纤测温系统安装于主控室主机上，对开关柜各个节点温度数据加以实时采集，自动处置、研究所有录入数据，借助系统可直接查看。将该监控软件装配于计算机内，可根据实况连接上电力系统、远程监控、消防，将功能加以融合，进而形成更强大、综合性更强的系统，共享数据资源，便于管控。对开关柜运用荧光光纤测温的同一时间，使用以往红外测温仪对不同节点温度进行检测，两者所测温度数值相差在1℃以内，结果可证实，这一全新测温手段存在较强的可行性。

4 结语

在电力系统之中，高压开关柜属于十分关键的一种设备，主要负责规避线路故障、控制输电线路、保护线路等。长时间使用开关柜，其内部母线连接点、电缆接头、断路器触头等，在松脱、氧化影响之下，极易产生发热、接触问题等，若此时经过的电流较大，上述位置温度升高，发热严重会导致接触电阻增高显著，发热状况便会更加严重。长此以往，极易诱发严重事故，给系统运行带来安全隐患，甚至诱发规模较大的火灾等。为规避该类型事故，处置柜内温度增高这一问题十分关键。借助荧光光纤测温，可避免电磁干扰及绝缘问题，所测结果具备较高的精准度。