Байду номын сангаас
3 电子式测温方法
3.1 电子式测温基本原理 电子式测温是指利用数字温度传感器接触式温度传感元件感知开关设备内
触点温度，通过光纤或者无线传输的方式发送数据，以保证高压隔离。 3.2 电子式测温高压开关柜研究进展 电子式测温技术在高压开关柜中研究成果较多。与高压开关设备相比， 高压 开关柜内部空间相对宽裕， 温度传感器可安装于导体表面， 如何进行信号传输及 传感器供电以保证高压隔离是该方法面临的主要难题。文[8]中将石英晶体材料 和光调制器封装在一起组成温度传感器， 采用光纤通讯的方式传输信号;文[9-13] 中采用数字式温度传感器测温，分别通过无线 RF 技术、Zigbee 技术进行信号传 输。以上成果，传感器均采用内置的铿电池供电，需定期停电更换铿电池，不利 于电网经济运行;文[1]中提出利用感应线圈从高压导体取电的方法， 保证了传感 器的连续供电，但是供电效果易受一次导体电流大小的影响。 3.3 小结 采用电子式测温法监测触头温度，可以直接对触头温度做出反应， 监测成本 较低， 但是传感器及相应的信号处理电路均处于高电位， 信号处理过程难免受到 电磁干扰， 并且不论电源是采用铿电池供电还是感应线圈供电， 均存在相应弊端。 与普通开关柜相比，GIS 结构更加紧凑，内部运行环境清洁度要求也更加严格， 电子式传感器的植入可能会破坏 GIS 整体绝缘性能，目前尚未有相关成果报道。
1 绪论
1.1 高压开关柜温度在线监测的背景和意义 高压开关柜温度在线监测一直是电力设备故障诊断的重大课题之一。但是， 目前通常均只侧重于对电量参数(电压、电流、电功率)实时监测技术的研究[1]， 其非电量在线测量(例如触头位置偏度、触头负荷、 触头温度)由于受到高电压及 测点位置以及强电场干扰的限制，至今仍未很好的解决。 目前大多数高压开关设 备采用封闭结构，散热条件较差，在长期运行过程中，开关柜内的触点或街头部 位因老化或接触电阻过大而发热，而且长期处于高电压， 大电流和满负荷的条件 [2] 下运行 。其结果会使柜体内部热量不易向外散发，内部触点温度过高，影响设 备的使用寿命， 严重时甚至会引发火灾和大面积停电， 开关柜的可靠性严重的影 响到电能质量。据不完全统计，国内已经有不少发电厂、供电公司均出现过不同 程度的高压开关柜事故并造成了一定的经济损失。因此， 有必要采取措施对全封 闭的高压开关柜实现在线实时温度监测。 1.2 国内外高压开关柜温度检测的研究现状及分析
高压开关柜温度在线监测方法的研究进展
摘要
高压开关柜的安全运行监测一直是电力系统安全运行的重大课题之一。 大量的运行情况 调查分析表明，高压开关柜经常因为开关柜局部过热，引发的问题非常突出，而可能会引发 重大的电力事故，造成损失，开关柜在线监测是预防事故发生的重要手段。因此开发针对高 压开关柜温度在线监测系统，实时掌握开关柜的运行状态，及时发现并处理故障隐患，减少 事故的发生。 为了准确把握高压开关柜温度在线监测技术的研究现状及未来研究方向， 文中将现有的 高压开关柜温度在线监测方法进行了归纳分类。并分别介绍了这些方法的基本原理和特点， 梳理了各方法在高压开关柜温度诊断中的研究进展， 指出了现有各测温技术优点与不足。 最 后， 对高压开关柜温度在线监测还需解决的几个关键问题进行总结， 提出了未来高压开关柜 温度监刚技术研究的关键点和研究方向。 关键词：高压开关，开关柜，温度，在线监测 Abstract The safe operation of high voltage (HV) switchgear is one of the most important research subject in power equipment.A large number of survey analysis shows that the temperature of part of Metal-clad switchgear maybe often over the limit of safe operation,and then arouse accident,bring losing.Therefore the development of the high-voltage switchgear temperature online monitoring system has important engineering significance.it can grasps the real-time operational status of the switchgear,finds and handles in time the hidden fault,reduces the occurrence of accidents. In order to accurately grasp the current research status and future research direction ， this paper herein fully summarizes the existing temperature online monitoring method of HV switchgear as the following.The principle and characteristics of these methods are introduced ，as well as the developments.the advantages and disadvantages of the existing techniques are summarized.At the end of this paper,the key problem of the temperature online monitoring of HV switchgear are presented and the focus of the future research is revealed. Key words:HV switchgear,switch cabinet,temperature,online monitoring
温度远程在线监测。
图 1 传感器接收触头红外辐射的方位示意图
由于 GIS 设备对密封性与内部清洁度要求苛刻，GIS 触头温度监测一直是业 内难以攻克的技术难题。 后来还提出了基于红外测温技术的 GIS 导体温度在线监 测方案，利用橡胶圈、密封件和螺丝密封的方式，将红外温度传感器安装在 GIS 外壳外表而，探头通过测量孔接收触头辐射出的红外光波，图 2 为所采用的 GIS 触头红外温度在线监测方案示意图。
2 示温蜡片测温法
示温蜡片是最早被人们认识的用于电气接头过热示温的产品， 示温蜡片法[6-7] 是一种最传统的测温方法， 属接触式测温法， 此种方法是通过在电力设备接触点 粘贴示温蜡片或在设备表面涂一层发光材料，发光材料的颜色能随温度变化， 不 同的颜色变化即代表不同的温度， 设备的温度情况通过由运行人员看颜色变化来 大致确定。 常规的示温片测温法是将不同熔点的蜡片(颜色不同)贴于高压开关柜 内易过热点部位， 通过观察示温蜡片是否溶化掉落或热敏材料示温片的颜色变化 程度来大致确定温度范围的一种方法。 这种方法虽较为直观， 但由于其不能准确体现出设备的具体温度值， 只能在 温度过高时提供“设备过热严重”的定性判断，不能进行定量测量，而且需要人 工定时察看，因此此种测温方法效果较差。而热电阻、热电偶等测温方式，工作 时需要通过金属导线对外传出信号，不能实现高低压隔离， 因此不能用于封闭式 高压开关柜。
4 红外测温法
4.1 红外测温基本原理 红外检测的基本原理是基于辐射定律， 任何温度高于绝对零度的物体都会不 停地向空间发出红外辐射能量， 而且温度越高发出的红外辐射能量越强， 因此只 要运用适当的红外检测仪器， 检测设备发出的红外辐射能量， 再经过专门的信号 处理系统进行处理， 就可以获得设备表面的温度分布状况， 最后经过计算实现温 度的测量。传感器不与高电位直接接触，可以不破坏电场及温度场分布，解决了 高压隔离的问题。但测量结果受以下因素影响[l6] 1)待测物体表而发射率; 2)传感器距离系数; 3)传输介质对红外线吸收。 4.2 红外测温监测高压开关柜温度研究进展 文[17]中最早将红外辐射测温技术应用于中压开关柜触头温度监测中， 并首 次提出通过低温辐射涂料加强被测物表而红外辐射信号， 解决了由于传感器输出 电压微弱造成信号处理困难的技术难题， 为红外测温技术在开关设备中的应用奠 定基础;文[18]中在该基础上研制开发了用于高压电力设备温度在线监测的热电 堆红外温度传感器，重点研究了探测距离、外界热源、被测物体表而状况以及探 测器本体温度等因素对传感器工作可靠性和精度的影响，并给出了相应解决措 施。 随着红外温度传感器成品的不断发展， 此后研究工作主要集中于传感器现场 安装调试与监测系统的开发。 柜内部件对红外光路的遮挡一直是测量误差的主要 来源， 尤其是静触头外部的绝缘套管， 红外温度传感器只能通过瓷套间隙接收触 头辐射能，红外探头接收红外辐射示意图见图 1。对于该问题，除了考虑传感器 本身视场张角、 距离系数与现场安装距离的配合外， 还需将光路遮挡问题等效为 遮挡部件削弱了探头对目标红外辐射的接收，通过调节目标发射率进行修正。 此 外， 基于红外温度传感器的开关柜温度在线监测系统也日趋成熟， 红外温度传感 器监测仪表通过串口通讯已能够与变电站综合自动化系统相连， 实现开关柜触头
电网设备中的触头和接头是电网安全的一个重要隐患。资料统计结果显示， 故障点主要发生在如下位置: 1)开关柜动、静触头。开关柜作为一种广泛运用的电力设备，在输配电系统 中承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据的重要作用。 开关柜因高压断路器动、静触头接触不良，加上长期的大电流、触头老化等因素 易致其接触电阻增大， 从而导致长时间发热、 触头温升过高甚至最终发生高压开 关柜烧毁事故。 2)电缆接头。 随着运行时间的延长、 压接头的松动、 绝缘老化以及局部放电、 高压泄漏等，将引起发热和温度升高，温升继续诱使上述状况进一步恶化，恶化 的结果必然促使进一步温升， 恶性循环的结果就会引发短路故障， 甚至引发火灾 事故。 电力系统中对电力设备的检修正在由故障检修、预防性检修向状态检修过 渡， 作为输配电系统中广泛运用的高压开关柜， 对其实施状态检修是非常必要的。 随着传感、信号处理、计算机、人工智能等先进技术的发展，对提前检测故障隐 患和预测事故起到了极大的帮助，使在线温度监测成为可能。 针对此问题许多学 者已研究得到了一些行之有效的方法。目前， 国内外己有大量关于封闭式高压开 关柜测温方面的技术研究， 从感温元件与被测介质的接触方式划分主要分为接触 式测温和非接触式测温两大类[3-5]。 接触式测温是使温度敏感元件和被测介质相接触， 当被测介质与感温元件达 到热平衡时，温度敏感元件和被测介质的温度想等。如水银温度计、压力式温度 计和双金属温度计； 热电阻、 热敏电阻、 电子式温度传感器和热电偶等测温方式， 以及示温蜡片、光纤测温等。 非接触式测温方法是应用物体的热辐射能量随温度的变化而变化的原理。 主 要有红外测温法。 现介绍以下几种高压开关柜测温方法， 有示温蜡片测温法、 电子式测温方法、 红外测温法、无线测温法、光纤光栅测温法和分布式光纤测温法。