王忠明，林 峰，艾紅勇

（新余鋼鐵股份有限公司動(dòng)力廠，江西新余 338001）

前言

交流金屬鎧裝移開式開關(guān)柜是變配電所中非常重要的電氣設(shè)備，具有占地面積小,結(jié)構(gòu)緊湊合理,安全防護(hù)性能好,維護(hù)方便且便捷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于發(fā)電、輸電、配電和電能轉(zhuǎn)換的過程中，進(jìn)行開合、控制和保護(hù)用電設(shè)備。

開關(guān)柜斷路器室的手車通過在工作位置與試驗(yàn)位置實(shí)現(xiàn)工作和斷開二種工作模式。在工作位置時(shí)，斷路器手車動(dòng)觸頭的觸指與母線相連的靜觸頭相接觸，實(shí)現(xiàn)電能從母線→動(dòng)、靜觸頭→斷路器→動(dòng)、靜觸頭→分支母線→用電戶的傳輸。

動(dòng)、靜觸頭接觸是否良好直接關(guān)系高壓柜的安全運(yùn)行，但因斷路器室密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，變配電所的值班員工無法通過使用紅外測溫儀或紅外熱成像儀安全、有效地測量到斷路器室動(dòng)、靜觸頭的運(yùn)行溫度，一旦動(dòng)、靜觸頭接觸不良過熱將導(dǎo)致電氣事故，造成生產(chǎn)與設(shè)備的損壞事故。

1 動(dòng)、靜觸頭接觸電阻大的原因分析

移開式開關(guān)柜斷路器動(dòng)觸頭的觸指緊固彈簧為非導(dǎo)磁性不銹鋼材料，嚴(yán)防觸指緊固彈簧疲勞斷裂，動(dòng)、靜觸頭接觸表面經(jīng)鍍銀處理，鍍銀厚度不小于6～8 μm。[1]因使用年限長，可能導(dǎo)致彈簧疲勞松弛甚至斷裂、動(dòng)靜接觸表面鍍銀磨損嚴(yán)重、變配電所密封差粉塵侵入、斷路器室安裝工藝差導(dǎo)致動(dòng)靜觸頭接觸不對(duì)中等原因，造成動(dòng)靜接觸電阻超標(biāo)，當(dāng)電流通過接觸面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱能，如果電氣接觸處接觸良好，接觸電阻值很小，則產(chǎn)生的熱能很小，不會(huì)影響電能的傳輸；如果電氣接觸處接觸不良，接觸電阻值較大，則產(chǎn)生的熱能較多，導(dǎo)致接觸處的溫升增大，當(dāng)溫升到一定限度，而沒及時(shí)停電處理，易導(dǎo)致惡性事故，引發(fā)全站大面積停電。

為了遏制因電氣接觸處過熱引發(fā)的電氣事故，《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》第11.7.2 條明確提出：定期用紅外線測溫設(shè)備檢查開關(guān)設(shè)備的接頭部、隔離開關(guān)的導(dǎo)電部分（重點(diǎn)部位，觸頭、出線座等），特別是在重負(fù)荷或高溫期間，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備溫升的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)采取措施。開關(guān)柜的動(dòng)、靜觸頭接觸處是一次導(dǎo)電體接觸最薄弱部位，采取技術(shù)措施對(duì)該部位溫度進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測是變配電所設(shè)備運(yùn)行管理急需解決的難題。

2 在線測溫系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)

目前，關(guān)于開關(guān)柜在線測溫系統(tǒng)市場上有不同的技術(shù)解決方案，主要有五種。

2.1 光纖測溫系統(tǒng)

以光纖為溫度傳感器和通信載體，光纖上的每一點(diǎn)都兼具“傳”和“感”的功能，敷設(shè)在高壓柜接觸點(diǎn)上，通過測量光纖內(nèi)傳播及散射的光束，來分析并計(jì)算出被測物的溫度，能準(zhǔn)確測量高壓柜觸點(diǎn)的運(yùn)行溫度。光纖具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開關(guān)柜內(nèi)的電氣高壓。但受開關(guān)柜結(jié)構(gòu)影響，在柜內(nèi)布線難度較大。光纖具有易折、易斷的缺點(diǎn)，因此光纖測溫裝置適用于長距離、大面積、測點(diǎn)多的場所，如電力電纜。

2.2 紅外測溫系統(tǒng)

紅外測溫為非接觸式測溫，對(duì)被測物進(jìn)行在線紅外輻射測量。由于紅外傳感器和后端設(shè)備通過有線連接，而高壓電氣因安全原因，要求紅外傳感器必須與被測點(diǎn)保持一定的距離，且紅外傳感器與被測量點(diǎn)之間需無遮掩，紅外傳感器和被測點(diǎn)表面干凈。紅外測點(diǎn)易受到周邊環(huán)境，如粉塵的影響，故只適用于全密封、有空調(diào)及空氣質(zhì)量好的場所。

2.3 有源無線測溫系統(tǒng)

將監(jiān)測模塊安裝在被測物上，采集到的溫度信息再通過無線信號(hào)發(fā)送至接收端。監(jiān)測模塊的工作電源一般選用性能優(yōu)良的進(jìn)口鈕扣電池，采用無線射頻信號(hào)技術(shù)。由于開關(guān)柜斷路器室的溫度較高，高溫下電池壽命大大降低，實(shí)際壽命很不確定，更換電池須進(jìn)行停電操作，直接影響用戶的正常供電，另一方面電池長期處于高溫下可能存在液體滲漏及腐蝕金屬表面，后期更換鈕扣電池成本高。

2.4 電磁能取電測溫系統(tǒng)

磁能取電是新型取電測溫方式，取電方式屬于環(huán)境能量收集（EH 能量收集）類型。利用高密集微型線圈以及新型特殊多金屬軟磁合金，具有磁通很小、易飽和自產(chǎn)熱量小的特點(diǎn)，將導(dǎo)電體周圍的電磁轉(zhuǎn)換電能，經(jīng)整流濾波后存儲(chǔ)在微電容上供給溫度采集模塊和無線射頻模塊工作,采集到的溫度信息再通過無線信號(hào)發(fā)送至接收端。

2.5 表面聲波測溫系統(tǒng)

采用特殊設(shè)計(jì)的聲表諧振器（SAW）,當(dāng)有一個(gè)固定頻率的電波輸入到聲表諧振器，諧振器輸出的電波信號(hào)頻率會(huì)隨著諧振器感受到的環(huán)境溫度的變化而變化，通過采集諧振器的輸出頻率，就可以換算出諧振器對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，達(dá)到測量環(huán)境溫度的目的。系統(tǒng)主要由聲表面波無線測溫探頭（傳感器）和基于雷達(dá)原理的溫度讀取器組成。溫度讀取器也同時(shí)需要安裝在探頭開關(guān)柜中，也需固定一根天線，需要在開關(guān)柜內(nèi)布置接收天線，天線需要和測溫點(diǎn)的終端無障礙，安裝比較麻煩。

3 在線測溫系統(tǒng)的選擇

某公司因高壓柜的動(dòng)、靜觸頭接觸不良過熱發(fā)生多起短路事故，甚至造成配電室的火災(zāi)事故，先后采用了紅外測溫系統(tǒng)等在線測溫系統(tǒng)，但效果不好。經(jīng)廠家技術(shù)交流、方案比較、用戶業(yè)績綜合考慮，決定選用技術(shù)成熟先進(jìn)、行業(yè)領(lǐng)先、用戶業(yè)績好的無源無線測溫系統(tǒng)。該無源無線測溫系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：無源無線測溫傳感器、無線溫度接收終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器及監(jiān)控后臺(tái)，見圖1。

圖1 無線無源測溫系統(tǒng)示意圖

（1）無源無線測溫傳感器

采用EH 能量收集技術(shù)，啟動(dòng)電流不大于5 A，一次設(shè)備電流在4～50 00 A 內(nèi)能穩(wěn)定工作，測溫采用數(shù)字感溫芯片，抗干擾強(qiáng)，無需后期維護(hù)，無線溫度傳感器體積不大于30 mm×30 mm×10 mm，可安裝在高壓柜的動(dòng)、靜觸頭上，不會(huì)影響電氣狹小空間的絕緣間距，測溫范圍-45～+125 ℃，發(fā)送間隔20～100 s（溫度越高發(fā)送間隔越短）。

無源無線測溫傳感器的安裝位置的選擇。傳感器可以安裝在靜觸頭上也可以安裝在動(dòng)觸頭上，但從準(zhǔn)確反應(yīng)動(dòng)、靜觸頭的接觸溫度來看，傳感器最理想位置應(yīng)是接近發(fā)熱點(diǎn)；離被測處距離越長，受環(huán)境影響越大，準(zhǔn)確度越低，因此安裝在靜觸頭上更合理，缺點(diǎn)是須停高壓母線才能安裝傳感器；安裝在動(dòng)觸上，只需將待安裝高壓柜計(jì)劃停電即可安裝，但測量準(zhǔn)確度差些，同時(shí)安裝時(shí)須考慮動(dòng)觸頭的觸指在工作位置時(shí)漲開對(duì)固定傳感器的影響。為了準(zhǔn)確測量動(dòng)、靜觸頭接觸處的實(shí)際溫度，可優(yōu)先選擇將測溫傳感器安裝在靜觸頭上。

（2）無線溫度接收終端

無線溫度接收終端可以顯示被測動(dòng)、靜觸頭的接觸溫度，有壁掛式或嵌入式，可安裝在配電室的高壓柜或墻面上，一般設(shè)置預(yù)警和報(bào)警兩種方式。通常預(yù)警溫度設(shè)置為60 ℃，報(bào)警溫度設(shè)置為70 ℃，變電所巡檢人員發(fā)現(xiàn)預(yù)警信號(hào)時(shí)，根據(jù)預(yù)警信息及時(shí)確認(rèn)設(shè)備編號(hào)、實(shí)際運(yùn)行溫度，進(jìn)一步檢查該柜負(fù)荷是否變化、環(huán)境溫度、柜內(nèi)冷卻風(fēng)扇（如果有）運(yùn)行狀況等。一般同一層動(dòng)、靜觸頭的接觸溫度相差大于5 ℃，則說明該動(dòng)、靜觸頭存在隱患，須加強(qiáng)監(jiān)控，關(guān)注溫度變化是否有劣化的趨勢，并做好記錄；當(dāng)動(dòng)、靜觸頭觸溫度達(dá)到報(bào)警溫度時(shí)，除了進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)控外，同時(shí)申請(qǐng)計(jì)劃停電檢修，對(duì)動(dòng)、靜觸頭有針對(duì)性地檢查、維護(hù)。接收終端顯示本地溫度、濕度，方便巡檢人員了解運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行溫升和室內(nèi)的濕度，通信方式為以太網(wǎng)、RS485、光纖、GPRS 可選。

（3）無線監(jiān)控后臺(tái)

無線測溫監(jiān)控后臺(tái)的設(shè)置有兩種方式。一種方式為設(shè)備廠家配套無線監(jiān)控后臺(tái)，可以顯示實(shí)時(shí)被測溫度、歷史曲線、超溫報(bào)警、一次圖，具有人機(jī)界面友好、操作方便、數(shù)據(jù)全面、功能完善的特點(diǎn)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)具有高溫告警短信、郵件通知功能。另一種方式為用戶現(xiàn)有的監(jiān)控后臺(tái)，目前變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)使用非常廣泛，無線溫度接收終端支持標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，通過通信管理機(jī)上傳到用戶現(xiàn)有監(jiān)控后臺(tái)，顯示實(shí)時(shí)被測溫度，并由監(jiān)控后臺(tái)設(shè)置超溫報(bào)警。

4 應(yīng)用效果

2017 年五總降測溫項(xiàng)目實(shí)施后，值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)了變壓器35 kV 進(jìn)線柜5303 柜的動(dòng)、靜觸頭接觸處A 相比其它相高26 ℃，值班人員加強(qiáng)對(duì)該柜發(fā)熱情況的監(jiān)控，同時(shí)向公司職能部門申請(qǐng)停電檢修，為合理安排檢修提供了依據(jù)。鑒于使用效果較好，先后在一、二、三、四、六等總降推廣。到目前為止發(fā)現(xiàn)10 多起動(dòng)、靜觸頭接觸處發(fā)熱隱患，通過對(duì)發(fā)熱溫度變化趨勢加強(qiáng)監(jiān)控，申請(qǐng)計(jì)劃停電檢修處理方式圓滿地消除了隱患，避免了惡性事故的發(fā)生，確保了新鋼公司大生產(chǎn)的正常運(yùn)行安全。新鋼公司在“升改工程”工程配套的二總降改造工程中，高壓柜采用了9 點(diǎn)測溫（6 個(gè)動(dòng)、靜接觸點(diǎn)、3 個(gè)高壓電纜接觸點(diǎn)），考慮到已有監(jiān)控后臺(tái)，無線溫度接收終端通過通信管理機(jī)上傳到用戶監(jiān)控后臺(tái)，顯示實(shí)時(shí)被測溫度，設(shè)置超溫報(bào)警，降低投資，滿足監(jiān)控人員對(duì)無人值守新二總降35 kV 一次設(shè)備運(yùn)行電氣溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保變電所的安全運(yùn)行。

5 結(jié)束語

交流金屬鎧裝移開式開關(guān)柜因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，開關(guān)柜動(dòng)、靜觸頭接觸處的接觸狀況相對(duì)柜內(nèi)其它電氣接觸點(diǎn)是最薄弱部位，開關(guān)柜動(dòng)、靜觸頭接觸因接觸不良過熱導(dǎo)致的惡性事故較多。因此《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》明確要求加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備溫升的監(jiān)視，一方面在線測溫技術(shù)的運(yùn)用使接觸不良過熱導(dǎo)致事故的事故搶修過渡到狀態(tài)監(jiān)測維修，提高了電氣設(shè)備管理水平；另一方面在線測溫技術(shù)也豐富了變電所綜合自動(dòng)化監(jiān)控后臺(tái)監(jiān)控的內(nèi)容，值班人員實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，為無人值守變電所安全運(yùn)行提供了良好的技術(shù)支持。