插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统研究

工程科技与产业发展科技经济导刊 2016.30期
插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统研究
侯文玉
（中国铁路总公司运输局 北京 100015）
1 高压电缆头测温方式的选择
电缆内部导体通过高电压，带有很厚的绝缘层。

虽然测温有多种方式，如：手持式远红外仪、红外成像仪式、无线测温式、测温片测温等，高压电缆头采用在电缆头下端安装测温片测温在通过光纤传输至终端，但这些测温方式效果并不理想，均无法真正对电缆内部的温度进行监测，一是像红外测温实现在线式比较困难，二是测温片距离电缆头带电部分较远，靠绝缘层材料传输温度误差大，经常电缆头已经着火但后台仍未报警。

如何才能安全精确的实时测量电缆头内部的运行温度呢？通过大量的试验证明，采用光纤直接测量电缆头温度是最理想的高压带电测温方式。

因为光纤具有电绝缘、本征安全、不受电磁干扰等特性，它非常适合用于电力设备的温度监测。

光纤测温技术是高压电力设备温度在线监测的最有效手段，在国外已经取代传统的线性感温材料，在技术上已非常成熟、完善。

2 光纤测温的原理
光纤温度传感器是由多模光纤和在其顶部安装的荧光物体(膜)组成。

荧光物质在受到一定波长(受激谱)的光激励后，受激辐射出荧光能量。

激励撤消后，荧光余晖的持续性取决于荧光物质特性、环境温度等因素。

这种受激发荧光通常是按指数方式衰减的，我们称衰减的时间常数为荧光寿命或荧光余晖时间(ns)。

在不同的环境温度下，荧光余晖衰减也不同。

因此通过测量荧光余晖寿命的长短，就可以得知当时的环境温度。

光纤测温系统的工作机理建立在光致发光这一基本物理现象上。

当某些感光材料受到蓝紫光或紫外光激发时会发出荧光，其荧光寿命与荧光材料的温度有关。

对于某些荧光材料,在不同波长下的荧光发射具有不同的温度特性，且它们的荧光寿命与温度具有一定的函数关系。

在此条件下可以通过测量荧光寿命来标定材料的温度。

3 插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统的研究
用光纤温度传感器如何测试电缆头的内部温度呢？通常的方式只是将传感器紧紧贴在电缆头的外绝缘处，这时测量温度的只是电缆外绝缘层的温度，而不是电缆内绝缘层的温度，真正引发电缆头事故的是内绝缘层因高温而首先损坏后逐渐引起外绝缘层的损坏，因此测量电缆内绝缘的温度更有必要。

电缆头分为现场制作式电缆头和插拔式电缆头，现场制作是将光纤传感器放置在内电缆头绝缘层里，由于制作条件的限制，其绝缘性能很难保障。

目前开关柜上最常用的是插拔式电缆头，插拔式电缆头是在工厂制作的，因此本人认为在工厂里将光纤传感器直接内置到插拔式电缆头内部，即可解决光纤温度传感器安装制作标准化、保证绝缘强度的难题，最重要的是提高了电缆头内绝缘温度的测量精度，安装极为方便。

插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统的组成：
（1）带有光纤温度传感器的插拔式电缆头后堵头
其结构见下图，荧光材料粘贴在石英棒或石英光纤的前端并紧贴被测电缆接头金属螺母，从内到外设于石英棒或石英光纤外部的特氟龙套管、绝缘陶瓷管，通过螺母与石英棒或石英光纤端面紧密贴合的带塑料卡套的塑料光纤，与塑料光纤另一端连接的光处理模块以及设于光处理模块。

绝缘陶瓷管与金属螺母的外部设有经高温高压浇铸的环氧树脂层。

石英棒或石英光纤与全透明特氟龙套管二者之间烫接，全透明特氟龙套管和带丝扣的绝缘陶瓷管之间以绝缘胶胶接，塑料卡套与塑料光纤胶接；金属螺母与带丝扣的绝缘陶瓷管扣接，塑料光纤的另一端与光电处理模块之间经ST光纤连接器相插接，光信号经光电模块处理后通过485
输出传向后台计算机。

电缆头后堵头（内置式光纤测温传感器）
图中：1-电缆接头的金属螺母；2-环氧树脂；3-光纤连接器；4-耐高温塑料光纤；5-耐高温石英光纤；6-感温发光器件。

（2）数据处理器
数据处理器与温度传感器之间通过光纤相连，数据处理器对温度信息进行光电转换处理，数据处理器可设定为温度报警模式或温升报警模式，并将温度信号通过光纤通讯管理单元或RTU上传到计算机后台。

（3）光纤测温通讯
多路数据处理器可通过485总线与光纤测温通讯管理单元连接，将测温数据及报警信息上传后台系统。

4 电缆头光纤测温系统具有以下特点
（1）测温处理器探头直接与电缆接点的金属部分接触，测量接点温度准确度高。

解决了现有电缆接头温度间接测量中存在误差大，环境影响大的不足。

温度传感器与光纤集成为一体，其使用寿命大于20年，基本为免维修器件，与外界理想光隔离，制作在光纤的一个端头，与传输光纤无缝连接，与外界只进行热交换；
摘 要：高压电力电缆是电力输、变、配电系统的重要组成部分，高压电缆头是连接高压电缆的主要部
件。

随着技术进步，高压电缆大多选用插拔式电缆头，而电缆头的故障率在电力电缆运行中占很高的比例。

电缆头发生故障前，一般首先表现在温度升高，达到一定的温度后会发生接地或相间短路引起绝缘击穿、
电缆头爆炸的事故，造成停电事故。

因此对于高压电缆头的温度进行实时监测是非常必要的，随时掌握
电缆接头的运行工况，适时组织维修，是保障电力系统安全运行的重要措施。

本文对应用光纤实现高压
电缆插拔式电缆头测温方法进行论述，供专业人员参考。

关键词：电力；电缆；故障；测温
中图分类号：TM757.2文献标识码：C文章编号：2096-1995(2016)30-0052-02作者简介：侯文玉，中国铁路总公司运输局副局长兼供电部主任，高级工程师，工程硕士。

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（2）保证电力一、二次理想隔离，线性好，使用时本荧光材料能够直接测量触点温度，可提高电缆接头温度测量的准确性和精确度；
（3）抗压、抗冲击、抗震动、 抗电磁干扰、传输质量佳；
（4）光纤尺寸小、重量轻,便于敷设，后期维护量小，维修时不用停电；多通道传输；
（5）系统采集的信息可通过箱变内FTU、GPRS 或通讯管理单元上传调度，传输方式可根据现场环境灵活选定；
（6）系统可以实时在线监测测点的温度，温度变化异常发出报警，可保证及时发现事故隐患、预防事故的发生；
（7）系统安装简单，运行可靠。

5 结论
由于插拔式电缆头内置式光纤在线测温系统具备上述特点，真正预防和解决了电缆故障高发的难题，为电力系统的稳定运行提供了技术保障，因此具有广泛的推广价值。

参考文献：
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[8]杜红梅.高压电缆头的故障成因及有效处理措施[J].山东工业技术,2014（24）:175+180.
(上接P56)进行通讯的关键技术。

3发展趋势
（1）巡检机器人的机构设计上有待进一步改进，其本体结构将会更加灵活、更加轻巧。

并在满足作业要求的前提下，进一步优化，结构仿生学的设计将会在巡检机器人结构设计中提供新的灵感。

此外，在巡检机器人作业过程中实现任务分配的能耗最优是其发展的趋势；
（2）多传感器的信息融合技术。

单一传感器无法满足作业的需求，采用多传感信息融合技术实现全方位、多角度的检测，同时高空作业的特殊性限制了传感器的尺寸和大小，如何选取合理的传感器，以及如何进行传感器的融合是未来巡检机器人的发展趋势；
（3）巡检机器人综合处理能力。

除了进行常规的巡检外，通过自身携带工具还可以实现对线路的维修工作，如紧固螺丝、对覆冰的线路进行破冰等从而提高其对常规修复作业的处理能力。

（4）智能巡检技术。

对输电线路出现的故障位置进行自主定位并实时记录，提高其智能化水平。

参考文献：
[1]张运楚,梁自泽,谭民.架空电力线路巡线机器人的研究综述[J].机器人,2004, 26（5）.
[2]何缘,吴功平,王伟,等.高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用[J].武汉大学学报(工学版),2016,49(3).
[3]李正.高压输电线路自主巡检机器人的研究[D].上海：上海大学, 2013.
[4]何缘,吴功平,肖华.高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析[J].高压电器, 2016(6).
[5]叶林佶.超高压输电线路巡检机器人控制系统的研究与实现[D].重庆：重庆大学, 2015.
(上接
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图2 防雨罩效果
4 现场实施
我局总共有北京ABB 高压开关设备有限公司GSSB 型敞开式隔离开关20组，若每一组都进行改造遇到两点困难，实施工作难以开展。

第一，停电工作上的困难。

总共20组刀闸，我们均需要进行停电改造的话，务必增加运行人员的工作量以及电网运行的风险，同时落实时间将拉长许多。

第二，需拆除传动连杆间的轴承座。

我们现在对更换下来的GSSB 刀闸机构箱进行解体时，发现其轴承座要拆除的话需要一定的时间，而且操作不当的话会导致连杆以及轴承座磨损。

针对以上两点问题，于是我们对设计好的防雨罩再进行改良，对其进行剪裁，使其由一个封闭的半圆锥防雨罩变成一个锥面单开口的防雨罩。

使用改良后的防雨
罩进行安装时，无需对一次设备停电，只通过以下几个步骤即可完成。

首先，把锥面单开口的防雨罩的一端绕过刀闸的垂直转轴后与另一端闭合；其次，利用带密封圈的金属卡扣锁紧并固定防雨罩；最后，利用中性玻璃胶对金属卡扣的密封面以及防雨罩的缺口进行密封，做好双重保护。

5 结束语
加装防雨罩后，ABB 公司220kV（G）SSB 型刀闸机构箱内部能保持相对干燥，有效避免了机构箱渗水问题，降低因机构箱受潮而造成的缺陷发生率，降低了运行人员以及检修人员的工作量，提高了电网安全运行的可靠性。

同时针对此类型渗水问题，我们应该从根源上解决问题，在往后工作中，要对设备的生产监造、安装验收把好关，及时杜绝安全隐患。

参考文献：
[1] 苑舜.高压隔离开关设计与改造[M].北京：中国电力出版社,2007.
[2]杨德钧,沈卓身.金属腐蚀学(第2 版)[M].北京:冶金工业出版社,2004 .
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[4]欧阳春龙.浅谈高压隔离开关检修管理[J].黑龙江科技信息,2011(22):99.
(上接P54)外场工作者，日常对飞机电源系统的维护主要集中在外部的线路上，元器件内部故障可以用排除法对故障源进行定位。

要做好准确、快速的完成排故，就必须夯实理论基础，并且在例行的定检中提要检查的标准，对于一些存在隐患的部位，要主动预防。

参考文献：
[1] CESSNA172 airplane maintenance manual[Z].2011.6
[2]张翔.老龄飞机线路故障与维护[J].中国民用航空, 2012（4）：42-43.。