高压开关柜运行温度监视装置适用化研究

摘 要 随着高压开关柜设计制造紧密水平的不断提高，以传统的方法对其内部导电体、导电体接头、导电触头等电流致热型部件的运行温度进行监控几乎已无能为力，近年来，因高压开关柜内载流部件温度过高而导致的设备损坏事故和大面积停电事故时有发生，其运行中热隐患的监控已成为当前变电运维管理工作的最大盲区和薄弱环节。由此，本文提出一种适用化解决方案。

【关键词】开关柜 温度监视 适用化研究

1 序言

高压开关柜是电力系统中非常普及和重要的电气设备，为了解决占用空间小、防小动物事故、误操作等问题，目前大多采用密封紧凑结构的型式。然而，也增大了对导电体、接头、触头等载流部件温升的检查和监测难度。近年来，因局部过热而导致的高压开关柜设备损坏事故和供电障碍时有发生，其内部载流部件的热隐患监控已成为当前变电运行管理的最大盲区和薄弱环节。虽然目前有很多针对高压开关柜运行温度监视的新产品推出，但是，其自身的可靠性、安全性不高，实施成本居高不下，同时，新增运行维护、检修调试的工作负担等新矛盾也相继暴露，都不同程度地有违电气设备安全、经济运行的主导原则。本文结合当前高压开关柜运行温度监视的主要措施和手段，进行利弊分析，并提出一种基于热点温度、温差和相对温差概念的适用化的解决方案。

2 高压开关柜运行温度监视现行手段及利弊分析

人工检查。借助人体器官，主要以“看、听、嗅”的方式进行检查、分析和判断，优点是简单、无经费投入。缺点是检查人员必须具有丰富的运行经验，存在盲区、遗漏、误判，以及耗用时间长，对于全密封开关柜基本上已不适用。

粘贴测温钠片。将预定温度值钠片直接粘贴在易热部件上，以钠片的颜色变化来判定温升异常，是目前比较普遍和常用的温升物理监视方式。优点是简单、价廉。缺点是可靠性不高、查看不方便，在金属封闭式开关柜中（小车式、中置式）不适用。

热电偶温度计或热电偶温度显示装置。是当前比较成熟的测温技术，优点是可靠性较高，价格也适宜。缺点是传感器为金属材料，且占用空间大，不能在带电体或带电体密集的条件下使用。

红外线或紫外线测温。是使用红外线测温仪器对电气设备进行红外线扫描或热成像的测温方式，属于非接触测温。优点是安全系数高，直观感强，缺点是局限于敞开式设备，对金属密封的设备无能为力。

无线测温系统。主要由无线温度传感器、接收及监控装置、远程监控终端组成。优点是能实现温度信息的实时和远程监测。缺点是无线电波对电气设备保护及安全自动装置具有一定的干扰，温度传感器自身的供电无法根本解决，若采用感应式供电，其受负荷电流的影响较大，若采用电池供电，电池的使用寿命极难满足需要，同时成本较高。

光纤类测温系统。主要由光纤温度传感器、光纤电缆、处理及监控装置和远程监控终端等组成。优点是稳定性好，灵敏度高，测温精度高，能实现信息的实时和远程监测。缺点是连接传感器的光纤改变了电气设备的爬电距离，降低了电气设备的绝缘水平和可靠性。而且光纤的布设给设备的整体美观带来较大的影响，也给设备的运行维护和检修作业带来极大的不便。

3 高压开关柜运行温度监视装置适用化研究要点

总体目标。简洁的电气一、二系统接线是电力系统安全可靠和经济运行的根本保证，而当前，为了片面地追究自动化、智能化程度，往往是把简单的问题复杂化，不但造成了人力、资金、网络等资源的浪费，而且增大了系统故障的概率，以及集中监控的风险和系统组件的维护工作量。仅高压开关柜运行温度监控目前就有无线测温、光纤测温、红外线测温等网络管理系统模式。但是这些模式都还存在自身可靠性不高，对电网系统及设备增加了新的安全隐患，给运维检修加大了工作负担，也存在一次性投资大、长期运维成本增大等问题。因而，从根本上限制了其推广和普及应用的前景。本研究课题通过充分总结和分析当前有关高压开关柜温度监控方案的经验和问题后，将高压开关柜运行温度监控研究定位为适用化，以不影响设备安全、不改变系统接线、不与系统其它信息相交叉，并以低投入、少维护，切实解决实际问题和提高高压开关柜运行温度监视覆盖率为总体目标。

技术方向。长期的实践证明，电气设备的温升事故从来就没有突发性和偶然性，电流致热型导体出现热隐患后，其状态的劣化需要一定的过程，从异常至酿成事故的时间周期也较长，在一定的时间段内，并不会对设备构成安全威胁。当电气设备发生热隐患时，只要能够做到“心中有数”，跟踪掌握它的变化和发展趋势，在适当的时侯（例行试验、维护或其它原因停电时）予以消除就能够避免事故的发生。因而，高压开关柜的运行温度监视无需复杂技术，是能够通过当前变电运维的管理方法与通用技术相结合的简单方式来实现的。因此，本课题遵循以人为本的传统原则和安全经济的科学原则定位高压开关柜温升监视的技术研究方向。即是以当前变电运行巡检管理规定（方法）与成熟可靠的测温技术和计算机技术的有机结合来完成高压开关柜内部异常温度的监控处理。

异常温度的判据确定。电气设备载流部件的表面温度是随环境温度变化而变化的，从理论上讲，是高于其运行环境温度的，如果单纯地以某一温度值或温升作为正常或异常的判据，是不能真实地反映电气设备载流导体是否存在热隐患的，而且在环境温度较高和较低的条件下均容易误导运维管理人员的判断和决策。因此，本研究课题对于一般温度缺陷以监测点温度和温差（监测点温度-参照体温度）大于设定阀值作为判据，对于严重或危急温度缺陷以监测点温度和相对温差【（监测点温度-参照点温度）/（监测点温度-环境温度）】大于设定阀值为判据，这是本研究课题与目前市场应用产品的差别之处和研究试验的重点和关键点。

异常温度信息的获取。无论是有人值班变电站，还是无人值守变电站，都有明确的巡视检查规定，比如正常巡视：110kV变电站1次/周，220kV变电站2次/周；全面巡视：110kV变电站1次/2月，220kV变电站1次/月；夜间熄灯巡视：110kV变电站1次/周，220kV变电站2次/周。因此，本研究课题是在高压开关柜容易引发热隐患的导电体上加装集温度测量与传输、数据处理与存储、温差及相对温差分析和异常数据报警为一体的集成装置。装置借助人体器官对声、光变化现象极其敏感的特点（有意识和无意识都能够对声、光的变化作出快速反应和判断）来实现高压开关柜柜内部件异常温度的及时发现和处理。此方案不需要数据远程传输，也不需建立数据库及后台系统作支持，能够免于大量的资金投入，而且几乎没有后续的运行费用投入。

工作电源的保证。高压开关柜运行温度监视装置工作可靠性的保证基础是电源的连续和稳定供电。有两种供电方式的选择，一是感应电源供电，二是电池供电。若采用感应电源供电，从理论上讲，电源容量充足，不受装置功耗和运行时间的限制，但是由于感应电源的稳定性受负荷电流的影响较大，同时感应取电电路自身故障会降低装置的运行可靠性。若采用电池供电，需要满足两个条件：一是高压开关柜出现一般缺陷时对装置的连续供电时间至少大于1年（一般缺陷处理时限的相关规定），二是高压开关柜无缺陷运行时对装置的连续供电时间至少大于3年（一个检修周期）。通过对装置连续工作的最大功耗测试和计算，部分电池产品已完全能够满足要求，因此，本研究课题拟定采用电池供电方式，并以选择低功耗的电子器件和采用不间断休眠技术来降低装置检测电路的功率消耗予以进一步保障。

4 高压开关柜温度监视装置的结构

图1为高压开关柜温度监视装置的结构图，主要由监测点温度传感器、参照点温度传感器、环境温度传感器、中央处理器、数据存储器和3个报警器等组成，其中，监测点温度传感器用于采集高压开关柜易发热部件指定点的运行温度，参考点温度传感器用于采集与高压开关柜易发热部件指定点为同一导体的另一指定点的运行温度，环境温度传感器用于采集高压开关柜内部的空气温度，中央处理器用于采集信号的放大、运算和比较，存储器用于数据整定和保存，蓝色光报警器用于一般热隐患（缺陷）告警，红色光报警器用于严重热隐患（缺陷）告警、蜂鸣报警器用于危急热隐患（缺陷）告警。

5 高压开关柜温度监视装置的工作原理

图2为高压开关柜温升监视装置的原理图，监测点温度传感器、参照点温度传感器、环境温度传感器将采集到的数字温度信号T1、T2、T0传送到中央处理器进行放大、计算，并与事先通过PC端口设定的热点温度告警阀值（a1 、a2、a3）、温差告警阀值（b）、相对温差告警阀值（c1、c2）进行比较，当T1≥a1、T1-T2≥b同时满足条件时，告警电路工作，发出蓝色闪光信号，表示某高压开关柜某监测点发生了一般热隐患（缺陷），提示运行管理人员采取适当的运行监视措施；当T1≥a2、（T1-T2）/（T1-T0） ≥c1同时满足条件时，告警电路工作，发出红色闪光信号，表示某高压开关柜的某监测点发生了严重热隐患（缺陷），提示运行管理人员采取特殊的运行监视措施；当T1≥a3、（T1-T2）/（T1-T0） ≥c2同时满足条件时，告警电路工作，发出蜂鸣信号，表示某高压开关柜的某监测点发生了危急热隐患（缺陷），提示运行管理人员立即启动停电检修工作流程。

上述热点温度阀值、温差阀值和相对温差阀值是根据电力行业相关技术标准进行确定和逻辑定义的。

热点温度阀：a1为一般热隐患（缺陷）的热点温度告警阀值，a2为严重热隐患（缺陷）的热点温度告警阀值，a3为危急热隐患（缺陷）的热点温度告警阀值，且a1< a2< a3，用于与监测点温度T1作比较。

温差阀值：b为一般热隐患（缺陷）的温差告警阀值，是一般热隐患（缺陷）的判定条件之一，用于与T1-T2作比较。

相对温差阀值：c1 为严重热隐患（缺陷）的相对温差告警阀值，是严重热隐患（缺陷）的判定条件之一，c2为危急热隐患（缺陷）的相对温差告警阀值，是危急热隐患（缺陷）的判定条件之一。且c1

6 高压开关柜温度监视装置的制作与安装

将集成温度传感器、单片机（中央处理器）、存储器、电路元件、发光二极管、蜂鸣器等按工作原理图进行连接、集成，通过PC端口设定（写入）热点温度、温差、相对温差报警阀值，经检测合格后采用环氧树脂或工程塑料或硅橡胶等耐高温、抗腐蚀、阻燃性强、绝缘性能高的材料进行封装。外形和几何尺寸可根据不同的电气设备和安装环境来进行设计，可制作成矩形、圆形、蝶形等。选择高压开关柜内的母线接头、设备连接头、隔离开关触头、小车触头、电缆接线头以及断路器触头外壳等为温度监测点，可利用设备自身的紧固螺栓，也可采用绝缘带绑扎、卡夹器材等方式进行安装和固定。

7 结论

高压开关柜运行温度监视装置适用化方案，采用成熟的温度传感技术、单片机技术和优质可靠的元器件组成，结构简单、体积小，安装方便，能确保被监视对象的性能和参数绝无影响。对高压开关柜异常温度点的预警易于检查、发现。安装使用过程中不改变被监测设备及变电站的一、二次系统接线，不增加被监测设备的运行维护工作量，不形成对被监测设备本体和单元的检修、调试障碍。装置自身具备抗干扰能力，也无干扰源产生，正常温度情况下消耗功率小，电池使用寿命长。不但适用于各型高压开关柜的温度监视管理，而且也可在各种户内外电气设备、母线、导线、电力电缆和各型配电箱柜中广泛使用，是电气设备电流致热型部件运行温度监控管理安全、经济、适用的理想装置。

参考文献

[1]中华人民共和国电力行业标准 DL/T664―2008[Z].带电设备红外线诊断应用规范，2008.

[2]中华人民共和国电力行业标准DL/T593-2006[Z].高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求，2006.

作者简介

李清海（1962 ―），男，四川省遂宁市人 ，工程师职称，现为四川省电力公司遂宁公司副总工程师，研究方向为电力网输变电设备运维、检修及试验。

作者单位

四川省电力公司遂宁公司 四川省遂宁市 629000