高压开关柜隔离触头温度监测研究

高压开关柜隔离触头温度监测研究

乔艳涛 赵营 赵梦坡 温培科

平高集团有限公司， 河南平顶山 467001

摘要:高压开关设备是电力系统的重要组成部分，首先介绍了高压开关柜触头发热原因和高压开关柜故障与触头温度的关系，然后对现有温度在线监测技术进行了总结。最后对比分析了不同监测方法的优缺点，建议推广使用光纤光栅传感系统进行开关柜温度在线监测。本文对于高压开关柜温度在线监测技术进行了分析，希望为以后的具体工作起到实际的参考作用。

关键词:开关柜；温度；在线监测；光纤光栅

1、高压开关柜触头发热原因

电气设备的发热是指电气设备本身以及它们与母线或电缆之间的电气相关部位运行时产生的热量大于它的散热量。电气设备的发热已经是电力系统的一个老问题，但随着设备负荷的增加，用户对供电可靠性要求的提高，在设备缺陷管理中成为一个越来越突出的问题，并且它具有一定的恶性循环性质，值得我们重视，认真研究其发生发展的原因，以便彻底解决。电气设备在工作的时候，由于电流、电压的作用，将产生电阻损耗发热、介质损耗发热、铁损致热等3种主要的发热。

1.1、电阻损耗发热

按照焦耳定律，当电流通过电阻时将产生热能，这是电流效应引起的发热，大量表现在载流电气设备中。例如导流体或导流体之间的连接点电阻过大，通过一定电流时就会引起发热。

1.2、介质损耗发热

电气绝缘介质由于交变电场的作用，使介质极化方向不断改变而消耗电能并引起发热。这种发热为电压效应引起的发热。也就是绝缘的降低，引起泄漏电流的增大，绝缘体也随之发热，形成恶性循环。

1.3、铁损发热

当在励磁回路上施加工作电压时，由于铁芯的磁滞、涡流而产生电能损耗并引起发热。例如现中置式开关柜在负荷电流达1000A以上时，如不做工艺处理，会引起柜体发热。高压开关柜触头属于电流致热型设备，根据焦耳定律可知，造成设备发热的原因有两个，一个是电流，另一个是电路的电阻。

2、在线监测技术应用的现状

当前高压开关柜在电网中得到了广泛应用，其重要性不言而喻，大大提高了供电可靠性。但由于多种因素的影响，进一步加大了开关柜的停电检修难度，由此可见，对高压开关柜进行在线检测至关重要。国内外科研机构、各大院对开关柜温度在线监测技术进行了深入探究，并开展了大量的研究活动，在线温度监测技术能够有效弥补人工检测的缺陷，开关柜的监测有效性进一步提高，实际中常用的集中测温技术如下。第一种是红外成像技术。该技术利用了红外热像仪对高压开关柜进行扫描，其后生成红外图谱，工作人员通过观察了解到开关柜内的温度状况，有助于做出正确判断。第二种红外信号接触式测温技术。利用传统接触式温度传感设备，通过红外传输技术将温度信号传导出去，由接收器全面收入，再由工作人员进行解码操作，最终获取高压柜内的温度信息。第三种为光纤测温。光纤测温技术主要作用于外部，高压开关柜必须装有光纤温度传感器，再通过光纤解调器进行柜内温度数据的输出。第四种为无线无源测温技术。该种技术是近几年研发出来的一种新型温度检测技术。与传统监测技术相比，该技术能够有效弥补传统光纤和有源测温系统的各方面缺陷。无线无源测温技术的核心主要是运用了声表面波（SAW）技术。其在高压开关柜中的应用有效解决了布线、传感器供电以及高低压绝缘等问题，具有安装方便、安全性高的特点。该技术基于总线的通信方式，为系统的扩展提供了较大的便利，能够实时监测并预警高压开关柜内的重要测温点，便于工作人员及时发现开关柜内存在的潜伏性隐患，为电网系统的正常运行提供了有力的技术保障。

3高压开关柜在线监测技术的改进

要解决高压开关柜内部温度过高造成的设备烧毁和引发的火灾问题，进行高压开关柜在线监测技术的研究与改进具有重要的意义。据调查，高压开关柜温度过高的原因，主要有三个方面：

3.1、为高压开关柜的电阻损耗发热

电力系统在长期的运行过程中，设备产生的热量未及时排出柜外，当热量积聚到一定程度时，设备出现老化问题，出现老化问题后的设备，其能承受的负荷大为降低，但传送给高压开关柜的负荷并未得到相应程度的减少，通过高压开关柜的电压和电流的量值并未有明显的变化，造成电阻发热增加；

3.2、高压开关柜内的介质损耗发热

高压开关柜内的绝缘介质受交变电场的影响，其极点不断发生变化，极点在变化的过程中受电压和电流效应的限制，绝缘的性质降低，高压开关柜内部的设备与设备之间摩擦或碰撞造成设备漏电事故频发，在这类事故中，绝缘体受电器设备的影响，也会在一定程度上发热，绝缘体发热后又会造成其绝缘性能的进一步降低，循环往复，高压开关柜的温度便逐渐升高；

3.3、高压开关柜的铁损耗发热

电流在流通的过程中，受电压的影响，处于电路回路上的铁芯的磁滞和涡流相当于一个电阻，铁芯在维持电流运行的过程中，存在铁损耗的现象，其所起的电阻的作用也在一定程度上有所下降。

针对高压开关柜过热现象产生的原因，现提出如下的改进措施。目前的在线监测技术存在温度值无法直观和精确显示的缺陷，影响设备正常运转的不足和设备复杂、使用范围小的问题，为解决这三类问题，需要对在线监测技术的高精度、高可靠性和成本低廉三个方面做出研究。满足上述三个条件的高压开关柜在线温度监测技术的设计思路如下：

3.4、高压开关柜在线温度监测的状态监测

为满足高压开关柜成本低廉的特征，工作人员在设计在线温度监测技术的过程中，可以将多台高压开关柜进行串联，采用数字温度传感器检测各台高压开关柜的运行温度，并将监测到的各台开关柜的温度值进行比较，并对在不同时期内的同一台高压开关柜的温度进行比较，对其中存在温度异样的高压开关柜进行检测，查找故障发生的原因。数字温度传感器在进行柜体温度监测的过程中，能对柜体的温度进行直观且精确的反应。将串联的高压开关柜与集控中心的设备相连，通过集控中心对高压开关柜温度数字的统计，分析温度数值的变化，并采取相应的措施。数字传感器的使用，实现了温度在线监测的精确性；设备串联的使用和温度值的横向与纵向比较，运用高压开关柜监测高压开关柜的温度，能在一定程度上节约设备的成本；集控中心对在线监测技术的控制，改进在高压开关柜内安装设备的方法，避免了造成设备内部拥挤或碰撞的问题，对提高设备的运行效率和增强设备运行的可靠性具有十分重要的作用。

3.5、在线温度监测技术的完善

经过相关人员的不懈努力，在线温度监测技术的应用范围进一步扩大，技术水平日益提升，高压开关柜的温度监测精确性也随之提高，由于高压开关柜具有成本低廉的特性，在线温度监测技术能够满足这一特性设计，该项技术也逐步朝着自动化方向转变。为了进一步提高温度检测的有效性，在今后的工作过程中，工作人员还需要做好以下几方面内容：第一，进一步强化预警系统设计，设定声音警报与信号灯的同步预警，从而建立起更加完善的预警系统。第二，加强设备状态的维护。结合以往实践经验，定期组织工作人员开展维保工作，该项举措能够延长设备的使用寿命。

4结语

综上所述，在线监测技术在高压开关柜中的具体应用，既保障了电力设备的运行安全，同时也提高了设备的运行效率，检测技术的完善为电力系统的正常供电提供了技术支持。在今后的发展过程中，相关人员还要加大研发力度，不断完善在线监测技术，推动我国工业生产更好、更快地发展。

参考文献：

[1]高压开关柜触头温度在线监测系统[J].程现武.农村电气化.2009（08）

[2]高压开关柜温升在线监测系统[J].田毅，黄新波.高压电器.2010（03）