可重復(fù)使用的線夾溫度越限指示裝置研究

蘇立 周幸平

摘要：當(dāng)今電路安全問題愈發(fā)重要，導(dǎo)線接頭電氣結(jié)點長期工作下，會由于環(huán)境、安裝等問題造成電阻增加，進而逐步發(fā)生過熱燒斷事故，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運行及電網(wǎng)輸送電的可靠性。針對現(xiàn)存市場的國內(nèi)外電氣設(shè)備、電壓輸送設(shè)備的溫度監(jiān)測裝置的弊端，本文提出線夾溫度越限指示裝置，具備成本低、安裝簡易，并且能夠迅速做出溫度越限指示，使維護人員能夠及時發(fā)現(xiàn)溫度超標(biāo)線夾便于采取措施，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警及時、降低巡查便捷、保證電路輸送更加安全可靠。

關(guān)鍵字：過熱燒斷;溫度越限;重復(fù)使用;供電可靠性

一 ?前 言

伴隨社會用電量的急劇增加，不管是電力輸送系統(tǒng)，還是配電線路、變壓設(shè)備也都在相應(yīng)的大幅應(yīng)用，這也致使負責(zé)輸送高壓電的部分高壓電氣設(shè)備的輸送電力負載也變得繁重[1-2]。長期高強度任務(wù)的工作下，高壓輸電線路的導(dǎo)線接頭是線路安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，特別是用螺栓連接的跳線接頭，這種連接方式若安裝時螺栓壓的不緊或由于振動、擺動等造成螺栓松動，都會使該接頭的電阻增大，從而引起接頭溫度的升高。輕則影響正常輸電，重則造成事故。因此，一般整個電力輸送系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)在導(dǎo)線接頭與設(shè)備聯(lián)結(jié)點處，其結(jié)點處電阻增加，發(fā)熱增加，但超出不可調(diào)控的限制時，便會發(fā)生事故[3]。

外套于聯(lián)結(jié)點外部的線夾，同樣會受聯(lián)結(jié)點溫度所影響。聯(lián)結(jié)點發(fā)熱是必然存在的一個問題，并且是一個惡性循環(huán)：電阻增大、輸送電力溫度上升、導(dǎo)線銅絲變形、線路氧化、溫度上升、電阻增加、發(fā)熱、持續(xù)升溫，當(dāng)溫度達至上限，不做出措施，便會出現(xiàn)燒毀或擊穿事故[4]。根據(jù)最新相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，去年國內(nèi)電力系統(tǒng)故障就毀壞20余萬臺電動機，將這些事故按技術(shù)分類，其中超溫事故就占比約為25.3%。由數(shù)據(jù)分析顯而易見，對于超溫問題的解決是一件必需進行的事。如何進行迅速溫控、及時反饋聯(lián)結(jié)點的溫度，減少超溫發(fā)生事故的概率成為目前電力輸送設(shè)備、運行維護的亟待解決問題。

根據(jù)當(dāng)前市場調(diào)查研究，各級供電商只能指派維護人員手持溫度測量儀對設(shè)備進行溫度采集、檢測，需要對電路的每個結(jié)點進行檢測，無法達至實時監(jiān)控、實時預(yù)警指示，且對人力、物力的耗費巨大，同時安全問題也未能有效解決。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，雖然有在研發(fā)電氣結(jié)點溫度的實時監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)全天、全時、全區(qū)域的溫度在線監(jiān)控及預(yù)警播報，但目前而言并未得到有效應(yīng)用 [5-6]。基于上述的各點，本文開發(fā)了一種簡易的可重復(fù)使用的線夾溫度越限指示裝置，其在實現(xiàn)溫度監(jiān)控、及時指示預(yù)警的同時，將成本壓縮，做到高性價比下維護輸送電路的安全運行。

二 研究內(nèi)容

本文提出的是一種線夾溫度越限指示裝置，此裝置不會影響其它電力設(shè)備結(jié)點構(gòu)件的安裝。本裝置采用常用的螺栓作為固連部件，即安裝方便、不用加裝固定定位裝置，又可以根據(jù)各結(jié)點的實際情況進行選調(diào)螺栓長度型號，通過線夾預(yù)留的兩個帶內(nèi)螺紋的孔進行配合，擰緊安裝。

1、設(shè)計要求

（1）穩(wěn)定性：對于電氣結(jié)點的溫度監(jiān)測裝置，需要做到隨時監(jiān)控，雖然裝置是完全裸露于外界，與外界環(huán)境直接接觸，但不管周圍環(huán)境如何都需要穩(wěn)定進行作業(yè)。因此裝置穩(wěn)定性很關(guān)鍵。

（2）準(zhǔn)確度：電氣結(jié)點的反饋的溫度數(shù)據(jù)將直接用作真實溫度，這個溫度值將直接影響部件的壽命與電氣設(shè)備的安全性。因此必須保證此裝置內(nèi)部測溫元件的壽命與測量準(zhǔn)確度，來保證反饋的預(yù)警指示的結(jié)果可靠性。

（3）實用性：預(yù)警裝置除了要做到能夠及時反饋數(shù)據(jù)，還需要能夠及時、醒目地提示檢測人員，減少必要的人力消耗。且裝置需要做到可復(fù)位使用、易于更換、安裝簡單等，減少相應(yīng)的設(shè)備、工具介入。

2、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文采用的溫度越限指示裝置為FC-WD-80型，由固定部件、測溫部件、預(yù)警部件及主體等組成，線夾溫度越限指示裝置結(jié)構(gòu)爆炸圖如圖1所示。其中，測溫部件為一種熱敏元件，具體為一種蝶形雙金屬片，可對裝置內(nèi)部溫度做出敏感變形，常溫情況下，蝶形雙金屬片中間高周邊低，限制預(yù)警部件的運動，在溫度達到臨界值時，向預(yù)警部件傳達信號進行預(yù)警指示步驟。預(yù)警部件由彈簧和警示桿組成，當(dāng)熱敏元件發(fā)生凸跳變形時，邊圈從警示桿凹槽內(nèi)脫離，警示桿在彈簧作用下向外滑出，紅色滑塊彈出，發(fā)出溫度越限警示，如此便完成預(yù)警指示工作。當(dāng)溫度下降低于報警溫度后，蝶形雙金屬片恢復(fù)成中間高周邊低的形狀，此時，只要工作人員采用絕緣手段把警示桿推入到主體導(dǎo)向孔最深處，蝶形雙金屬片邊緣再次卡入警示桿的凹槽內(nèi)，限制了警示桿向外滑出，裝置可以再次投入使用，實現(xiàn)重復(fù)使用。線夾溫度越限指示裝置發(fā)出警示前后的實物效果圖如下圖2（a）、（b）所示。

結(jié)合設(shè)備功能及設(shè)計要求，本研究重點解決的關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）接觸式敏感測溫探頭的開發(fā)研究，工作溫度最高達180℃。

（2）微功耗信號傳導(dǎo)技術(shù)，在極端天氣環(huán)境下，線夾溫度越限指示裝置均可在檢測到溫度處于臨界值時，發(fā)出警示動作。

（3）在電氣結(jié)點上，線夾溫度越限指示裝置不發(fā)生放電，不影響其它設(shè)備的正常工作，同時保障工作人員安全。

（4）整體裝置均采用的是機械式結(jié)構(gòu)，具體是熱敏金屬發(fā)生形變，不會因為能源供給問題而無法工作。

（5）警示桿與其它組件采用外邊圈式無縫連接，以防出現(xiàn)漏水、漏油、氧化對裝置的壽命及準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。

（6）該裝置主要適用于各種設(shè)備的導(dǎo)線接頭、刀閘開關(guān)等電氣結(jié)點的溫度監(jiān)測。

三 與國內(nèi)外同類研究和技術(shù)的綜合比較

目前，國內(nèi)外對高壓設(shè)備的溫度監(jiān)測方法主要有：示溫蠟片測溫法、熱紅外測溫法和等電位溫度檢測探頭測溫法[7]。

示溫蠟片測溫法：核心部件為感溫蠟片，可以彌補一般常規(guī)溫度計的不足，其原理是當(dāng)被貼處的溫度高于示溫蠟片額定融化溫度時，示溫蠟片會自動融化而發(fā)生脫落，因此工作人員只需要根據(jù)示溫蠟片是否發(fā)生脫落就能識別此時結(jié)點溫度是否超限。此方法在很早就得以應(yīng)用，操作簡單，缺點在于只有出現(xiàn)超限時才能得知，可靠性和精度都不高，且受結(jié)點貼片位置影響。

熱紅外測溫法：此方法為紅外探測器接受被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，形成熱量分布圖像并轉(zhuǎn)化為溫度檢測結(jié)果，通常是采用紅外測溫槍、遠紅外成像儀等非接觸式測溫設(shè)備。其具備測量簡單、測量速度快、測量精準(zhǔn)、結(jié)果易見等特點。但該方法只能是定點定時測量，無法實現(xiàn)電氣設(shè)備的實時監(jiān)控，設(shè)備成本不低，無法對大規(guī)模電氣結(jié)點進行一一應(yīng)用。

等電位溫度檢測探頭測溫法：該法的本質(zhì)是通過熱傳導(dǎo)技術(shù)原理，將溫度測試線與相應(yīng)的熱導(dǎo)體節(jié)點直接接觸，實現(xiàn)接觸式直接測溫。該法可以實現(xiàn)對電氣設(shè)備結(jié)點溫度的不斷測量，精度高、輸出迅速，但是對于范圍較大的電氣設(shè)備結(jié)點溫度檢測一定程度上會加大結(jié)構(gòu)復(fù)雜度及設(shè)備費用、維護費用，性價比較低。

本文所采用的可重復(fù)使用的線夾溫度越限指示裝置較同類電氣結(jié)點溫度監(jiān)測技術(shù)，具備溫度實時精準(zhǔn)監(jiān)測、可靠性強、成本低、附加設(shè)備少等優(yōu)勢。且該裝置可用于任何電氣結(jié)點，不受設(shè)備、結(jié)點位置限制，可以根據(jù)需要配對相應(yīng)的尺寸進行監(jiān)測。同時，能夠完美應(yīng)對極端天氣、電磁干擾，警示效果顯著、易發(fā)現(xiàn)、易可視化，且可恢復(fù)至原位再次監(jiān)測，對巡查工作人員也是降低了工作難度。符合當(dāng)代設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，降成本、簡化人工勞力。

四 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)

1、技術(shù)參數(shù)

工作溫度：-50℃～180℃

動作溫度：90℃±3℃

外型尺寸：φ36×28mm

復(fù)位方式：人工復(fù)位

使用次數(shù)：超過5萬次

本裝置不受雨、雪、冰、污垢等各類復(fù)雜環(huán)境情況影響，仍可保證設(shè)備的正常使用和預(yù)警指示。

2、設(shè)備系列

線夾FC-WD-70型溫度越限指示裝置：上限溫度70℃，誤差范圍±2℃。

線夾FC-WD-80型溫度越限指示裝置：上限溫度80℃，誤差范圍±2℃。

線夾FC-WD-90型溫度越限指示裝置：上限溫度90℃，誤差范圍±2℃。

可根據(jù)電氣結(jié)點實際情況進行靈活調(diào)節(jié)上限溫度（即警示溫度值），但需要保證監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確度。

3、適應(yīng)環(huán)境

線夾FC-WD系列溫度越限指示裝置是一種能夠?qū)崟r檢測各種導(dǎo)線接頭、設(shè)備刀閘開關(guān)接頭處溫度的裝置，當(dāng)結(jié)點溫度超過上限值時會產(chǎn)生警示作用的新型裝置。能夠適用于各種需要監(jiān)測溫度又采用螺栓固連電氣部件，且技術(shù)指標(biāo)都是依照電力系統(tǒng)和相關(guān)行業(yè)的要求而定的，上限溫度可在70℃、80℃、90℃或靈活調(diào)節(jié)至用戶要求，一般誤差不能超過±2℃，可以醒目的指示出電氣結(jié)點的溫度，及時做出安全防護 [8]。

4、性能特點

（1）采用機械結(jié)構(gòu)式的金屬變形預(yù)警技術(shù);

（2）能夠?qū)崟r辨識結(jié)點的溫度值，警示迅速、準(zhǔn)確，巡查十分明顯。整體裝置十分簡單、安裝簡易、占用空間小，測溫部件為溫敏金屬，報警后對本身結(jié)構(gòu)無影響，復(fù)位后可循環(huán)使用;

（3）可以靈活調(diào)節(jié)預(yù)定的溫度上限值;

（4）設(shè)備工作穩(wěn)定可靠，不易受外界干擾，且能長時間工作在高負荷、高強度的環(huán)境下。

五 總結(jié)

接線電氣結(jié)點溫度的越限監(jiān)測，是對電氣結(jié)點過熱燒毀的保障手段，是對阻止電力安全事故發(fā)生的安全手段之一，對保障電力系統(tǒng)安全運行有著重大意義。

本文所研究的可重復(fù)使用的線夾溫度越限指示裝置，采用一體式機械結(jié)構(gòu)，具備安裝簡單、感溫精準(zhǔn)、及時警示、可重復(fù)使用、可靠性高、工作穩(wěn)定等優(yōu)點。同時，警示動作十分明顯，能夠避免出現(xiàn)巡檢遺漏和疏忽，發(fā)生警示后只需等待溫度正常進行人工復(fù)位即可。極大地提高各類電氣設(shè)備的安全運行水平和供電可靠性，對國家社會的用電提供了顯著的社會效益、經(jīng)濟效益和安全保障。

參考文獻

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