高压开关柜温度在线监测技术研究

高压开关柜温度在线监测技术研究

孔和琴、刘军

国网山西省电力公司晋中供电公司 山西晋中 030600

摘要：近年来，电力系统已发生多起因设备过热而发生火灾和大面积停电事故。分析表明，我国每年发生的电力事故，有40％是由高压电气设备过热所致；而在采用高压开关柜和电力电缆的供电系统中，有70％以上的电缆运行故障是因为连接部位接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高所致。地方大型化工企业等为保证供电的可靠性生产的连续性，电缆接头测温已成为高压开关柜的标配，但受制于技术的可靠性及安装成本的过高，还未能大面积推广，但随着技术的成熟，成本的降低，相信会有很大的市场需求。

关键词：高压开关柜;温度;在线监测技术

引言

针对目前高压开关柜温度在线监测技术的现状，高压电气接点温度在线监测系统解决了在常规的温度监测手段中所遇到的问题，为避免高压电气设备事故起到了很好的预警作用。

1各类测温装置系统的比较

目前，越来越多的电力用户开始在高压开关柜内加装温度实时监测系统，用来实时掌握高压开关柜的温度变化趋势和运行状态，做到事故隐患及时排查，并合理预留设备检修时间。现有的高压开关柜测温技术都存在着各种各样的局限性,比较常见的测温技术包括光纤测温、红外测温和无线感应测温。光纤测温时，其内部光纤在长时间使用后会积累大量灰尘，极易导致光纤沿面的放电和闪络现象，造成光纤的绝缘性能降低，并给高压开关柜的安全运行带来隐患;红外测温设备容易受到外界环境温度的干扰，始终需要依靠人工巡查来实现测量，无法实现温度的在线实时监测;无线感应测温则需要在高压开关柜内加装感应线圈，在长期运行过程中很难保证其测量的可靠性和稳定性。而无线测温技术采用了无源无线的传感器和无线接收单元，其分别安装于高压柜内的测温点和开关柜柜外的电气小室，由于传感器本身无须电源额外供电、且不需要从电力装备上取电，因此具有明显的安全性、可靠性和可维护性。

2高压开关柜温度在线监测技术存在的问题

2.1红外测温法

红外测温是非接触式测温方式，即利用红外线点温仪通过对全封闭式高压开关柜柜门上的巡视玻璃看窗进行测温，但由于玻璃的反射作用，造成测温误差较大，因此该测温方法是不可行的。针对此问题将玻璃看窗换成价格昂贵的红外线玻璃看窗，解决现场的测温问题，但却无法实现远传，不利于集控站实时监测。

2.2无线测温法

将无线测温探头固定在封闭柜内待测温的电气接头上，无线接收装置则放置在柜外，实现了无线实时测温，并能够进行后台监控。该测温方法的缺点是：封闭式开关柜内的运行环境十分恶劣，电磁干扰严重，由于高压开关柜各隔室除电缆室玻璃看窗外均采用金属挡板进行密封处理，降低了无线测温设备数据传输的精确度和可靠性，测温探头内电池的无线发功率比较小，抗电磁干扰差，也会导致测温数据传输出现错误。

2.3光纤光栅传感器

该设备抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温以及信号衰减比较小、质轻、集信息传感与传输于一身等，有效解决常规检测技术中无法解决的测量难题，但是由于一个测温点的价格就高达3000元以上，因此在变电站中推广应用受到一定的制约。为解决高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场的电磁干扰环境中，实现对触头的测温及测温装置造价成本过高不易大面积推等问题，各厂家及科研机构主要针对无线测温方法中的信号传输频率、抗干扰性进行了研究，为在线测温方法的多样性提供了现实的指导意义。

3高压开关柜温度在线监测技术的应用

3.1温（湿）度在线监测

由于高压开关柜工作在高电压、大电流的状态将造成设备的局部发热、导致异常温升，若未迅速处理将导致设备燃烧，更严重的会爆炸等事故。根据相关实践经验可知，开关柜在可能发生或已发生机械故障、开合故障、绝缘故障、载流故障时柜内都会存在局部（触头、接头处）发热的现象，因此可通过柜内发热检测实现开关柜的故障诊断工作。在高压开关柜大电流回路的连接点（如动、静触头、母排、主变接头等）为故障的薄弱环节。连接点的接触不良使接触电阻增大，导致连接点处发热增大，发热加剧接触面氧化，接触电阻进一步增大，最终造成故障。开关柜主要在线测温技术的测量方式、供电方式及信号传输如下：红外测温。非接触式/有源/无线；光栅光纤测温。接触式/无源/有线；半导体数字测温。接触式/有源/无线；热敏电阻测温。接触式/有源/无线；声表面测温。接触式/无源/无线。

3.2局部放电在线监测

开关柜出现绝缘缺陷或电场畸变的情况下会诱发局部放电，局部放电过程中往往会伴随着声、光、电等物理现象的发生。绝缘故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管、电容套管闪络、污闪、击闪、击穿、爆炸，击穿、爆炸，瓷瓶断裂等。绝缘缺陷发展到击穿的过程中需经历局部放电阶段，其强弱能反映出绝缘状态。常规的人工巡检方式极难发现早、中期的绝缘水平降低，通过安装局放监测装置可在线连续监测局部放电信号，以便及时发现和定位故障，把事故消除在萌芽状态。目前常采用脉冲电流法、超声波检测法、高频检测法等检测局部放电，其中脉冲电流法（又称耦合电容法）可靠性高，对比性强，可定量分析等优点，被IEC60270标准选为推荐的局部放电检测方法。常用局部放电检测法的比较如下：超声波法。抗电磁干扰能力强，便于局部放电定位，但灵敏度低、受机械振动等干扰大。应用对象为变压器、GIS、供配电线路等；暂态地电压法。对绝缘子气隙放电比较敏感、常与超声波配合，但不适合除开关柜外其他设备。应用对象为电缆、配电线路；特高频法。灵敏度高、抗干扰能力强，但不适合金属封闭设备、尚未实现局放强度的量化描述。应用对象以GIS为主；脉冲电流法。可靠性高、可对比性强、可定量分析，但对试验电源和环境都有很高的要求，灵敏度高。应用对象为开关柜。以上检测法均可可定位，能局放识别。

3.3弧光监测与保护

由于误入带电间隔、误操作等原因造成电弧光。一旦电弧产生，电弧的能量可高达8~60MW。电弧持续燃烧超过100ms释放能量将急剧增加，电缆大约在150ms燃烧，铜排在200ms左右燃烧，约在250ms开关柜的钢材开始燃烧，电弧和燃烧释放的热能极可能导致开关柜爆炸。弧光事故可造成电力设施损毁和严重的人生伤亡事故。弧光传感器可装设在开关设备的多数不同位置，根据其实际位置的不同实现保护分区和故障点的快速定位，减少处理停电时间，使恢复供电更快。此外，该保护可连续的检测故障前信号（如微弱的弧光信号、强电晕等），在产生较严重的爬电、电晕趋势加强等时发出告警，有利于将故障消除在萌芽状态。

结束语

高压开关柜温度在线监测技术解决了不易对高压开关柜发热部位进行温度监测的难题，完成温度实时监测，并通过数据接收天线接收无线测温传感器的温度数据，传输数据读取器进行解析，为运行管理人员展现高压柜的实时运行情况，保证电网的安全可靠运行。

参考文献

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