高压开关柜触头温度在线监测的研究

高压开关柜触头温度在线监测的研究
摘要：高压开关柜的触头是高压开关柜的重要的部件，触头会因为长期运行而
产生氧化、烧蚀，引起接触不良，接触电阻过大等导致触头温升过高，发展到一
定程度有可能烧毁触头，从而造成停电或者火灾事故的发生。

但由于高压开关拒
的触头处于高电压状态，所以在运行的过程中，很难对触头的温度进行检侧，所
以对高压开关柜触头温度在线监测的研究非常必要。

关键词：高压开关拒;触头温度;在线监测
1 高压开关柜温度在线监测的必要性和特殊性
1.1高压开关柜温度在线监测的必要性
在电力系统中，高压开关柜是负责系统负荷分配的重要电气设备。

高压开关柜作为发电厂、变电站中的重要设备，因制造、运输及安装的原因，或由于使用过程中氧化或烧蚀，都
可能引起触头接触不良，接触电阻增大等现象，过大的接触电阻会导致触头温升过高，发展
到一定程度有可能烧毁触头，从而造成停电。

这些隐患在大负荷的开关柜上表现的尤为突出;
另外，在长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位也会因老化或接触电阻过
大而发热，而这些发热部位的温度监测困难，也有可能导致火灾事故。

1.2高压触头检测的特殊性
高压开关柜是一种典型的高电压设备，其高电压、大电流将产生强磁场。

检测仪器处于
强电磁噪声的环境下，工作的可靠性和稳定性会受到极其严峻的考验，同时高压绝缘问题也
是一个非常棘手的问题。

为了监视使用人员安全和仪器的正常使用，也为了弱电系统的正常工作，在实际监测中，必须设计良好的绝缘，以便在监测对象与监测仪器之间进行有效地电压隔离。

在这样的限定
条件下，测试信号的有效传递也一直是难以妥善解决的问题。

由于上述原因，常规的测温方法很难应用到高压电器设备中。

红外测温是高压开关触头
测温的解决方案之一，目前对高压开关柜的人工巡检监测，大都使用手持式红外测温仪进行。

这种非接触测温可以解决高压隔离的问题，但由于开关柜的结构越来越复杂以及元件的遮挡，使得一些开关柜的触头在柜外不能直视，在这种情况下红外测温仪往往无法获得准确的温度值。

最关键的问题是这种检测方式不能防止突发的触头迅速过热故障发生，同时人工操作中
的失误不可能完全避免。

总之，对于开发实时高压开关柜触头的温度检测系统，必须解决两个问题:
(1)高电压的隔离问题，保证使用人员安全和仪器的正常运行;
(2)抗强电磁干扰。

2、温度在线监测仪的结构、功能和主要的工作原理
2.1温度在线监测仪的结构
温度在线监测仪的工作方式为主动式的工作方式，主要由主机、感应电源、光电转换器、监测器这四个部分构成。

其中处在高压区的有感应电源和监测器，而主机与光电转换器则主
要装在开关柜上，且处于地电位。

这四个部分在温度在线监测仪的运行过程中起l篆不同的
作用，监测器与光电转换器之间的数据传递主要是采用红外线通过空气来传递的。

2.2温度在线监测仪的功能
监测仪的主要功能体现在七个方面，第一，显示6点触头的实时温度精确值;第二，显示
在24小时内出现最高温度的时间以及最高温度;第三，在超温的情况下进行报警，并启动风
机对其进行降温;第四，有组网通信的借口;第五，能够设置当前的时间;第六，对超温报警点
进行设置;第七，设置机号。

2.3温度在线监测仪的工作原理
监测仪的工作原理如图1所示:
图1为温度检测仪的原理框图，此温度检测仪使用单片机作为控制器定时采集温度并且
将采集好的温度通过通讯接口传到主控制器或者通过无线传输传至互联网进行下一步处理，
同时在仪器板上还可以设置报警温度、显示即使温度和最高最低温度还有最值温度发生时刻
显示。

3、触头温度在线监测方法比较
3.1 红外辐射传感器
红外测温技术是指使用红外辐射传感器来测量触头的温度。

常用的红外辐射传感器主要
是热释电红外传感器和热电堆传感器。

由于研究对象是高压开关柜内的触头 ,正常工作状态下温度是稳定的 ,而且开关柜内空间
狭小 ,难以安装其他光学辅助系统 ,所以热释电红外传感器是不适用的。

而热电堆传感器不存
在此类问题 , 使用过程中只需外加一个温度传感器来测量冷端温度(环境温度)即可。

因为如
表 1 所示热电堆传感器的输出电压 U TP与目标物体的温度 t obj 和环境温度 t a 有关 , 满
足公式[ 1] :
(1)式中 : S 为热电堆传感器的灵敏度; σ为斯蒂芬- 玻尔兹曼常数; δ 为光谱损失系数; ε 为
比辐射率 ,绝对黑体为1 ,大部分物体在 0. 85 ～ 0. 95 之间; φ为热电堆传感器的张角。

基于热电堆传感器的触头温度在线监测系统的原理框图。

热电堆传感器的输出电压 U TP 仅为几百
微伏至几十毫伏 ,信号过于微弱 , 为防止被高压开关柜中电磁信号淹没 ,所以实际应用时必须
对信号放大后再进行处理。

3. 2 光纤光栅传感器
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光
栅 ,是一种无源滤波器器件。

按周期长短可分为短周期光纤光栅和长周期光纤光栅。

短周期
光纤光栅又称为光纤布拉格光栅(FBG),其周期小于1 μ m ; 长周期光纤光栅周期为几十至几百
微米 ,又称透射光栅。

但长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感 ,不适
合在高压开关柜内使用。

FBG 测量的基本原理是 FBG 的中心波长总是随着外界环境参数的变化而变化。

设温度变
化为ΔT , 与之相应的 FBG 中心波长的变化Δλ BT 则为：
Δλ BT =λ B(1 +ξ )ΔT
(2)式中: ξ 就是光纤的热光系数。

光纤光栅对所受的纵向应变同样敏感。

使用的是波长为 1. 55 μ m 的 FBG 传感器。

由于光纤光栅对它所受的纵向应变同样敏感 ,
所以安装时必须选择一个使它既不受到纵向振动 ,又尽可能靠近被测物体的位置。

4 结论
高压开关柜在电力系统中广泛应用,担负着关合电力线路、保护系统安全的双重功能。

柜
内导电连接处的接触特性直接影响开关柜工作的可靠性。

在电力生产的过程中,机械振动、触
头烧蚀等原因可能造成接触处温度升高,引起接触处氧化,使接触电阻进一步增加,温度进一步
上升,导致触头局部熔焊、产生火花甚至电弧放电,殃及周围绝缘材料,最终导致电力运行故障。

而且触头的监测与其他部位相比被电力系统称为工作中的“盲点”,因此对高压开关柜内触头进
行温度监测,必须采取有效的技术措施，确保高压开关柜的运行稳定。

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苏毅（1988-），男，广西北流人，助理工程师，工学硕士，主要从事开关变电设备研究工作
颜海俊（1989-），男，广西玉林人，助理工程师，工学硕士，主要从事变压器设备研究工作。