熒光光纖測溫在開關(guān)柜重要節(jié)點(diǎn)測溫的應(yīng)用

徐明磊，閆建成，叢林

青銅峽鋁業(yè)股份有限公司，寧夏青銅峽，751603

0 引言

高壓開關(guān)柜是電力控制系統(tǒng)之中十分關(guān)鍵且常用的設(shè)備之一，在維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行安全方面發(fā)揮著十分關(guān)鍵的效用[1]。高壓開關(guān)柜一般處于電流電壓比較高的環(huán)境中工作，十分容易處在高溫狀態(tài)，進(jìn)而破壞系統(tǒng)及儀器，因此，需對開關(guān)柜重要節(jié)點(diǎn)溫度改變狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。在輸配電力的過程中，設(shè)備具有的安全性能非常關(guān)鍵，在某些負(fù)荷量過多的區(qū)域，保護(hù)電力設(shè)備刻不容緩，開關(guān)柜零件因電壓較高、電流較大而產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，進(jìn)而對零件造成破壞，引起十分嚴(yán)重的后果，不過，若可以及時(shí)檢測零件發(fā)熱狀況并予以修理，可盡可能減少此類事故出現(xiàn)的概率。

紅外測溫是以往檢測開關(guān)柜溫度的重要手段，不過，因高壓開關(guān)柜內(nèi)部存在較高電壓，由此引起的電磁干擾導(dǎo)致測量溫度的精準(zhǔn)性有所下降，過多的測點(diǎn)會使測溫難度明顯增加，加之部分設(shè)備所處的工作環(huán)境也會給紅外測溫造成不利影響[2]。伴隨科技不斷發(fā)展，各行業(yè)使用光纖技術(shù)趨于成熟，在測量設(shè)備溫度時(shí)，光纖傳感方法得以更加廣泛地使用。面臨工作量較大、監(jiān)測節(jié)點(diǎn)數(shù)較多等問題時(shí)，光纖測溫具備較強(qiáng)的使用價(jià)值，故本文提出熒光光纖測溫技術(shù)，提升實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)柜重要節(jié)點(diǎn)溫度的效率與可靠性、安全性。

1 開關(guān)柜發(fā)熱常見的誘因

第一，更新設(shè)備的速度不夠快，較多設(shè)備存在元件變形老化和超期使用等突出問題[3]。盡管國內(nèi)電網(wǎng)有效推行使用全新的設(shè)備、材料與工藝，加速電網(wǎng)改革深化，但諸多落后且陳舊的開關(guān)柜設(shè)備始終運(yùn)行在崗位第一線。這一現(xiàn)象盡管從表面上看減少了運(yùn)行的成本，不過電網(wǎng)運(yùn)行難以獲得保障，各種故障與事故出現(xiàn)的概率顯著增高。此類落后且老舊的設(shè)備內(nèi)部留有的導(dǎo)體材料在純度上有所欠缺，受該材料影響，電導(dǎo)率較標(biāo)準(zhǔn)更低。斷路器工作有關(guān)條件雖沒有異常，不過導(dǎo)流會外放一定的高熱量，開關(guān)柜溫度會處在持續(xù)增加過程之中。

第二，安裝工藝有問題。承擔(dān)設(shè)備安裝的人員應(yīng)掌握相應(yīng)技術(shù)，同時(shí)對開關(guān)柜安裝有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以嚴(yán)格執(zhí)行。安裝工藝有問題會增加開關(guān)柜使用的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，固定插頭、開關(guān)插嘴位置離設(shè)計(jì)稿規(guī)定位置有一定的距離，易導(dǎo)致固定插頭無法完全連接上開關(guān)插嘴，“虛接”極易造成發(fā)熱[4]。因而，需委派專業(yè)人員監(jiān)督開關(guān)柜安裝全流程，完成安裝以后，應(yīng)嚴(yán)格管控設(shè)備驗(yàn)收，避免埋下發(fā)熱隱患。除上述內(nèi)容外，母線加工、連接中，應(yīng)確保其表層平滑無凸起，避免發(fā)生人為使用電力脂等紕漏。

第三，連接位置螺栓緊固壓力欠缺合理性。在導(dǎo)體連接方面，某些檢修與安裝人員提出螺栓擰得緊其效果會更好，實(shí)際上并不是這樣。眾所周知，鋁材質(zhì)母線彈力系數(shù)偏小，螺母壓力持續(xù)增加直至臨界數(shù)值，若母線強(qiáng)度不佳，持續(xù)增壓的過程中，會致使接觸面發(fā)生隆起變形，導(dǎo)致接觸面有所縮小，使得接觸電阻增加，進(jìn)一步對導(dǎo)體接觸成效造成影響[5]。

第四，設(shè)備試驗(yàn)、檢修之中有關(guān)人員職責(zé)履行狀況較差。有關(guān)人員參與開關(guān)柜試驗(yàn)、檢修應(yīng)抱有高度責(zé)任感，認(rèn)真履行自身職責(zé)。常規(guī)來說，開關(guān)柜試驗(yàn)、檢修之中，有關(guān)人員需拆除設(shè)備內(nèi)部某些連接點(diǎn)后再次展開連接，進(jìn)而為試驗(yàn)、檢修工作提供重要信息。完成上述工作以后，根據(jù)原先樣式，對設(shè)備展開連接。不過部分試驗(yàn)工作者、檢修工作者不具備高度的責(zé)任心、沒有端正個(gè)人在工作上的態(tài)度，經(jīng)常忽視細(xì)節(jié)，如，一共存有4個(gè)接頭用以緊固螺栓，某些工作者經(jīng)常在工作結(jié)束后重新安裝其中3個(gè)，甚至僅對其中1個(gè)進(jìn)行安裝。又比如，螺栓緊固效果不佳，實(shí)際接觸面壓力不夠，若線路沒有產(chǎn)生很強(qiáng)的負(fù)荷，一般來說不會誘發(fā)有關(guān)問題。若短時(shí)間內(nèi)線路產(chǎn)生強(qiáng)勁的增壓狀況，極易導(dǎo)致接頭嚴(yán)重發(fā)熱，其中，互感器連接點(diǎn)發(fā)熱狀況最為嚴(yán)重。

2 熒光光纖測溫

2.1 測溫基礎(chǔ)原理

現(xiàn)下，熒光光纖測溫能實(shí)現(xiàn)在不同工況下特別是在電磁干擾環(huán)境中的測溫。受輻射波長影響，熒光材料原子得到激發(fā)，引起輻射活化，加速熒光產(chǎn)出[6]。眾所周知，熒光為發(fā)射光的一種，會牽涉吸取、再一次發(fā)射兩大環(huán)節(jié)，每一環(huán)節(jié)均為瞬間，不過2個(gè)環(huán)節(jié)中存有不少時(shí)間間隔，其依靠熒光去活化。此類非輻射淬滅成效一般取決于分子環(huán)境，同時(shí)輻射強(qiáng)度和環(huán)境息息相關(guān)。熒光測溫不再局限于表層定向測溫，可在固體物內(nèi)部放入探頭，亦可置入液體、導(dǎo)入設(shè)備之中，抵達(dá)規(guī)定區(qū)域。

2.2 測溫技術(shù)的優(yōu)勢

一方面，該技術(shù)不會受到絕緣以及電磁干擾等影響。熒光光纖測溫選用絕緣材質(zhì)，借助光信號傳輸、傳感，運(yùn)轉(zhuǎn)中不需要對其提供電力，外部以及傳感器均是無電連接，故開關(guān)柜觸頭施展測溫時(shí)，熒光光纖傳感器不會受到絕緣以及電磁干擾等問題的侵?jǐn)_[7]。另一方面，因傳感器存有體積較小的探針，無其他金屬材質(zhì)，也無電子元器件，故具備非常好的絕緣性，可以做到耐高壓，可使用較長時(shí)間，后續(xù)運(yùn)行可免去維護(hù)，能夠?qū)崟r(shí)檢測、探析開關(guān)柜不同節(jié)點(diǎn)的溫度。

2.3 測溫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

基于脈沖控制，光源被激發(fā)，后產(chǎn)生脈沖激勵光，在分光器影響之下，全反射現(xiàn)象清晰可見，在耦合器中融合光纖，接著在光纖之中，傳輸激勵光一直到探頭位置，可照射對應(yīng)熒光物，熒光材料得以激發(fā)，熒光就此產(chǎn)生[8]。將激勵光撤出，可見熒光余暉信號，途經(jīng)同一光纖，再途經(jīng)耦合器、分光器，正式進(jìn)入點(diǎn)轉(zhuǎn)換這一階段。在此階段，信號由電轉(zhuǎn)換成光，正式進(jìn)入處理信號這一階段。處理信號階段，增強(qiáng)放大處置熒光余暉信號，經(jīng)濾波處理，正式進(jìn)入數(shù)據(jù)收集傳遞這一階段。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)可使該類型信號轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字，處理數(shù)據(jù)結(jié)束以后，根據(jù)熒光材質(zhì)溫度、使用期限間的聯(lián)系，以此得到受檢物溫度詳情，開關(guān)柜各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)在無線基礎(chǔ)上傳輸?shù)奖O(jiān)控室，最終顯示在無線接收單元。

2.4 測溫系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

第一，靈活性。測溫設(shè)備自帶相應(yīng)的屏幕顯示，能夠獨(dú)立展示報(bào)警狀態(tài)、設(shè)置報(bào)警閾值、查看報(bào)警有關(guān)記錄，以及處理報(bào)警等，當(dāng)設(shè)備成功接入網(wǎng)端之后，能夠在電腦系統(tǒng)平臺之中展開上述操作。第二，傳輸數(shù)據(jù)不受影響。就地實(shí)現(xiàn)同步測量和傳輸數(shù)據(jù)，測量單元使用不同的數(shù)據(jù)總線開展數(shù)據(jù)傳輸操作，能夠排除外部因素給監(jiān)測結(jié)果帶來的影響，使每一個(gè)被監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)具備較強(qiáng)的可比性[9]。第三，迅速進(jìn)行報(bào)警。數(shù)據(jù)采集頻率較高且更加精確，能夠依照使用者設(shè)定相應(yīng)的采集數(shù)據(jù)，最短周期可低于一秒。第四，對設(shè)備運(yùn)行狀況展開精準(zhǔn)預(yù)測。計(jì)算并探析受檢測開關(guān)柜溫度數(shù)值的發(fā)展趨勢，與工況信息相結(jié)合，進(jìn)一步評估開關(guān)柜的老化情況[10]。

3 開關(guān)柜重要節(jié)點(diǎn)熒光光纖測溫的應(yīng)用

3.1 安裝設(shè)備

3.1.1 安裝監(jiān)控主機(jī)

在控制室監(jiān)控柜之中安裝測溫系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)，操作人員可在控制臺中設(shè)置監(jiān)控計(jì)算機(jī)開展遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.1.2 安裝光纖測溫儀

將ST-FC接頭和熒光測溫探頭相連接，熒光光纖測溫儀可在硅膠護(hù)套內(nèi)部預(yù)埋，光纖接頭能夠與電纜接頭中存在的導(dǎo)線直接接觸，換句話說，能夠檢測接頭的真實(shí)溫度。

3.1.3 安裝光纖傳感器

一是，開關(guān)柜觸頭用以安裝傳感器。開關(guān)柜靜、動觸頭間互相連接的位置即發(fā)熱中心點(diǎn)，在絕緣套筒影響之下，該位置內(nèi)部空間并沒有非常大。故而，對傳感器展開設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對此進(jìn)行充分考慮，且在安裝附件中需關(guān)注到，其和動觸頭間距應(yīng)處于安全范圍。二是，開關(guān)柜電纜接頭用以安裝傳感器。借助航空專用硅膠將傳感器粘貼于電纜接頭部位，借助專用扎帶捆綁和固定。三是，開關(guān)柜內(nèi)部走線。柜內(nèi)電纜、尾纖最好是順沿柜角落排線，又或者借助二次線、專用線槽捆扎，為后續(xù)檢修開關(guān)柜帶來一定便利。

3.1.4 安裝、維護(hù)光纖的注意事項(xiàng)

第一，由接受過專業(yè)嚴(yán)格訓(xùn)練的技術(shù)人員安裝與維護(hù)光纖，以防光纖拉緊、擠壓或扭曲，并且光纖彎曲半徑需超過40mm。第二，在實(shí)際安裝過程中需重視避免重壓光纖，還需避免光纖被緊夾、被扎尖利物體而產(chǎn)生破損。第三，布放光纖的過程中需重視避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、打結(jié)、背扣等問題。第四，重視將光纖ST接頭握在手上或者固定住，避免甩動。第五，若光纖轉(zhuǎn)彎位置需要通過銳角，需加墊彎曲軟性護(hù)層等各種科學(xué)導(dǎo)引裝置。第六，當(dāng)光纖穿出殼層時(shí)，需經(jīng)過喇叭形軟管口或是帶護(hù)口保護(hù)塑料管。第七，光纖長度多余部分需展開圓圈盤繞，其半徑需超過10cm，固定可靠。第八，沒有連接光纖接頭時(shí)，在兩端需套上保護(hù)帽，避免附著灰塵。第九，對變送器進(jìn)行拆卸時(shí)需將光纖卸下，固定光纖接頭之后，再對變送器進(jìn)行拆卸。

3.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域溫度、遠(yuǎn)程管控?cái)?shù)據(jù)信息、發(fā)出低溫高溫警報(bào)、制定溫度曲線、訪問歷史數(shù)據(jù)等。

3.3 系統(tǒng)測溫效果

將熒光光纖測溫系統(tǒng)安裝于主控室主機(jī)上，對開關(guān)柜各個(gè)節(jié)點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)加以實(shí)時(shí)采集，自動處置、研究所有錄入數(shù)據(jù)，借助系統(tǒng)可直接查看。將該監(jiān)控軟件裝配于計(jì)算機(jī)內(nèi)，可根據(jù)實(shí)況連接上電力系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控、消防，將功能加以融合，進(jìn)而形成更強(qiáng)大、綜合性更強(qiáng)的系統(tǒng)，共享數(shù)據(jù)資源，便于管控。對開關(guān)柜運(yùn)用熒光光纖測溫的同一時(shí)間，使用以往紅外測溫儀對不同節(jié)點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測，兩者所測溫度數(shù)值相差在1℃以內(nèi)，結(jié)果可證實(shí)，這一全新測溫手段存在較強(qiáng)的可行性。

4 結(jié)語

在電力系統(tǒng)之中，高壓開關(guān)柜屬于十分關(guān)鍵的一種設(shè)備，主要負(fù)責(zé)規(guī)避線路故障、控制輸電線路、保護(hù)線路等。長時(shí)間使用開關(guān)柜，其內(nèi)部母線連接點(diǎn)、電纜接頭、斷路器觸頭等，在松脫、氧化影響之下，極易產(chǎn)生發(fā)熱、接觸問題等，若此時(shí)經(jīng)過的電流較大，上述位置溫度升高，發(fā)熱嚴(yán)重會導(dǎo)致接觸電阻增高顯著，發(fā)熱狀況便會更加嚴(yán)重。長此以往，極易誘發(fā)嚴(yán)重事故，給系統(tǒng)運(yùn)行帶來安全隱患，甚至誘發(fā)規(guī)模較大的火災(zāi)等。為規(guī)避該類型事故，處置柜內(nèi)溫度增高這一問題十分關(guān)鍵。借助熒光光纖測溫，可避免電磁干擾及絕緣問題，所測結(jié)果具備較高的精準(zhǔn)度。