高压开关设备是电力系统重要的控制和保护设备,主要用于关合及开断电力线,输送及倒换电力负荷,以及从电力系统退出故障设备和线路,对电力系统安全可靠运行起着举足轻重的作用。

高压开关柜是高压开关设备的最主要部件,承担着开断和关合电力线路等重要作用,在电力系统中获得了日益广泛的应用。高压开关柜是将高压开关和控制、测量、调节、保护装置以及外壳、辅件及支持件等部件按照输配电功能需要组装起来,除进出线外,其余部件完全被金属外壳封闭的开关设备,它承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用。国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,将超大规模输配电和电网安全保障列为能源这一重点领域中的优先发展对象。

电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全保障的重要环节,高压开关柜作为一种广泛运用的电力设备,其安全可靠性也因而受到了更多的关注。据不完全统计,国内不少发电公司、电力公司均出现过不同程度的高压开关柜故障,并造成了一定的经济损失。这些故障有一部分来自开关柜本身的质量问题,更重要的原因在于目前缺乏针对开关柜的有效监测手段。大多数高压开关设备采用封闭结构、散热条件较差,在设备的长期运行过程中,开关柜内的触点、接头及母线排连接处等部位因老化，接触电阻过大或工差配合不良而发热,并长期处于高电压,大电流和满负荷的条件下运行,其结果导致热量集结加剧,如果不对温升采取有效的监测措施,将会危及电气设备的安全运行。特别是当电力系统发生短路故障时,强大的电流使电气设备内部温升加剧,电气绝缘遭到严重破坏,并使电气设备寿命缩短,甚至造成电气设备被烧毁的严重事故。

电力行业常常发生电力电缆和设备因过热而引起火灾,导致大面积的电缆烧毁和设备损坏而被迫停机,短时间内无法恢复生产,从而造成重大经济损失;引起电力设备过热和火灾发生的直接原因是电缆中间接头制作质量不良、压接头不紧固!接触电阻过大,长期运行造成的电缆头过热!烧穿绝缘等。统计表明建设10年后的变电站,基建时制作的电缆头90%以上均因质量不良引发故障而更换。

一、国内外高压开关柜温度检测的研究现状及分析

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:

(l)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。如此恶性循环,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。目前对高压开关柜的监测大都基于人工巡检,用手持式红外测温仪检测开关柜内的温度数据;由于开关柜的结构相对复杂,元件遮挡的影响使得红外测温仪无法获得准确温度采集数据,且巡检时间间隔较长。目前国内外有多家公司正在从事与高压开关柜热点温度监测的开发,但此项监测技术及系统还不很完善, 研发主要集中在数据采集、传输等方面,影响工程实用化的因素主要集中在承担数据采集及传输任务的传感终端的性能和传感终端与监测处理器之间的数据信方式。现在的开关柜测温方式主要有接触式测温和非接触式测温两大类。

接触式测温是将传感器置于与物体相同的热平衡状态中,使传感器与物体保持同一温度的测温法。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。其中测温腊片是最早被人们认识的用于电气接头过热示温的产品, 示温腊片法〔月是根据色片颜色随温度的不同而发生变化的原理将不同熔点的腊片(颜色不同)贴于高压开关柜内易过热点部位,根据腊片的熔化情况判断易过热点的大致温度情况,该方法测温准确度低,可靠性差。热敏电阻测温法在开关柜内部恶劣的环境下表现出很大的误差,布线复杂且热敏电阻易损坏，维护量大。

光纤测温的机理是依据后向喇曼散射温度效应。当一个光脉冲从光纤的一端射入光纤时,这个光脉冲会沿着光纤向前传播,在传播中的每一点都会产生反射,反射之中有一小部分的反射光(Stokes和Anti一StokeS散射光)的方向正好与入射光的方向相反(亦可称为/背向0)。这种背向反射光的强度与光纤中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度(该点的光纤的环境温度)越高,反射光的强度也越大。也就是说,背向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象,若能测量出背向反射光的强度,就可以计算出反射点的温度,这就是利用光纤测量温度的基本原理。光纤式温度在线监测装置,一般是采用光纤传导信号,不受高压和环境的干扰。缺点是光纤具有易折,易断!不耐高温的特点,在柜内布线难度较大。
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