紅外窗口在密閉電氣柜測溫中的應用

杜 科，劉相忠，王 玲，王慶國，佟圣奎，劉忠亞

1.本溪供電公司，遼寧 本溪 117000

2.大連中瑞科技有限公司，遼寧 大連 116021

在電力系統中，高壓設備的母線載流過大時經常會出現溫度過高，使鄰近的絕緣部位性能劣化，甚至被擊穿造成事故。據統計，造成電力系統事故的原因中發熱問題占有相當大的比例。由于連接高壓開關觸頭和母線的位點處于一個極端特殊的高溫、高壓、高磁場、極強電磁干擾的環境中，傳統測溫方法如發光材料、溫度傳感器、光纖測溫、紅外測溫等極易受這些因素的干擾和影響，無法通過直接接觸對這些位點進行測量，因而就無法得知高壓設備內部的真實工作狀態，以致經?！皫Р　边\行[1]。因此，必須采取有效措施監控母線溫度。

紅外窗口是可以透過紅外線、可見光、紫外線的光學窗口，將其安裝在高壓設備的柜體上，用紅外熱像儀就可以對設備內部進行各種無損檢測和監測，實現了電力設備的在線紅外檢測，提高了檢修效率，保證了電力設備的安全運行。

1 密閉電氣柜傳統測溫方法分析

近幾年，高壓開關柜中廣泛運用的溫度測試方法分為:發光材料、溫度傳感器、光纖測溫、紅外測溫等。

1.1 發光材料法

在母線表面涂抹或粘貼一層發光材料，如不可逆型測溫紙、感溫貼片等，這些材料可隨溫度變化而改變顏色，進而大致確定溫度范圍。這種方法的優點是成本低，但缺點是誤差大，可讀性差，不能進行定量測量，需要停電施工。

1.2 溫度傳感器法

常規測溫主要是通過熱電阻、熱電偶、半導體溫度傳感器等實現，其信號傳輸需要借助金屬導線完成，由于絕緣性能得不到保證，因此無法在高壓開關觸點上使用[2]。

1.3 光纖測溫法

光纖式溫度在線監測儀其溫度傳感器固定在帶電物體表面，溫度傳感器與測溫儀之間由光纖連接，通過光纖隔離高壓和傳輸信號。這種方法雖然從根本上解決了高壓開關柜內觸點運行溫度監測的難題，但也有其致命的缺點，如光纖本身易折斷、不耐高溫、絕緣性能低，在柜內布線難度大，造價高，需要停電安裝[2]；其次由于它是觸點測溫，只能監測若干點的溫度，而不能對設備的整體運行情況進行監測[1]；再者觸點測溫對安裝工藝有嚴格的要求，一旦安裝不到位，就不能如實反應設備內部的溫度而留下安全隱患[1]，因而光纖測溫得不到廣泛應用。

1.4 紅外測溫法

紅外在線溫度監測儀采用紅外溫度監測傳感器進行非接觸測溫，不需要停電就可以安裝，但也只是進行點測溫，不能對開關柜內溫度進行全面的檢測，且該系統牽涉軟件開發，系統集成，維護量大，成本較高[1]；紅外測溫儀或熱像儀等檢測儀器都需要打開開關柜門進行測溫[1]，需要繁瑣的程序且對檢測人員和設備都不安全。

綜上所述，傳統的測溫方法存在很多弊端，究其原因，一是點測溫而非面測溫，不全面；二是電子元器件無法在強磁場、高壓、大電流的長期作用下正常運行，只要一個元件出了故障就不能保證結果的準確性，更無法保證每天24小時全天候的工作年限；其三，安裝、測試程序繁瑣，操作不靈活，使用受限。因此，傳統測溫方法的使用存在很大的安全隱患。

2 密閉電氣柜內部測溫的新技術—紅外窗口

2.1 紅外窗口的組成部件

2.1.1 金屬件L

采用優質材料，經過多道工序處理，能夠達到永久不變形和抗各種環境因素侵蝕的能力，安裝時與O型密封圈一起安裝在設備面板上，其防水等級符合IP67等級的NF EN60529標準。

2.1.2 O型密封圈

采用抗高溫橡膠材料制作而成，使用時既抗高溫又可確保水密性。

2.1.3 核心部件-光學晶體

采用單晶熔體法、氣相法、溶液法和固相再結晶制備，晶體的工作波段可透紫外線、可見光及紅外線（取決于工作波長），使用壽命超過30年。

2.2 紅外窗口的工作原理

紅外窗口是可以透過紫外線、可見光、紅外線的光學窗口，將其安裝在電氣設備的殼體上，利用電力系統普遍使用的紅外熱像儀或測溫儀，結合《紅外導則》來判別發熱故障，通過紅外窗口就可對電氣設備內部進行各種無損檢修，實現了狀態監測[1]。

紅外窗口由于其材質特殊，具有抗電磁干擾、電絕緣、體積小、耐腐蝕、本質安全等優點，因此特別適用于各種高低壓開關柜和封閉電氣設備[1]。它以實現遠距離紅外成像方式對高低壓開關柜觸頭溫度進行狀態監測，這樣用戶就能在不停電的情況下對設備進行連續的紅外無損檢測，很好的解決了以往電弧及電磁輻射使紅外檢測變的不可能甚至危險的問題，為電氣設備運行提供有效保證。

2.3 紅外窗口的功能特點

1）多波段、寬光譜、高透過率的透視窗口，可滿足紫外、紅外、可見光等測試要求。用戶可通過紅外成像方式對危險區域（連接器、斷路器）進行預防性檢測，也可用紫外成像設備，檢測設備內部是否有局部放電，為設備安全運行提供非過熱故障技術依據；

2）全波段窗口可全面成像測溫，區別于傳統的單點測溫，能真正檢測到事故隱患；

3）實現狀態檢測，在線測量。用戶可通過紅外成像裝置在設備運行狀態下進行在線檢測，能有效保證高低壓開關柜等設備的安全運行，同時也保障檢測維護人員的人身安全；

4）人性化設計，安裝快捷、使用方便。有專用安裝工具，改造安裝一個窗口只需幾分鐘；窗口保護蓋打開方便，可以快速觀測、全面測溫；

5）節省開支。開關柜改造安裝費用低；使用時用戶可在不中斷不干擾設備運行前提下實施在線檢測，不必停電檢修；無需特殊維護。

3 紅外窗口在密閉電氣柜測溫中的應用經驗

3.1 紅外窗口的安裝

目前國內外普遍采用的安裝方法是在密閉電氣柜體上對應內部需要測溫的部位開孔，然后將紅外窗口安裝在開孔的位置。這種方法雖然對原有柜體會造成一定程度的破壞，但操作靈活，真正實現全面測溫，適合于所有結構的柜體。

本溪供電公司首次嘗試將紅外窗口固定在金屬板的中央，金屬板大小與密封電氣柜體上原有的觀察窗大小一致，用帶有紅外窗口的金屬板取代原有柜體上的觀察窗。這種方法的優點是既不破壞柜體結構，又賦予了觀察窗更加強大的功能，缺點是適用范圍小，并非適用于所有結構的柜體，測溫面積也有一定限度。

3.2 紅外窗口的使用

本溪供電公司于2011年7-12月間引進紅外窗口。首先對50個高壓開關柜進行改造安裝，試運行3個月，組織專門的人員進行定點定時連續性實踐測試。結果證明紅外窗口各方面性能都滿足了實驗要求，監測效果明顯。之后又對90個高壓開關柜進行改造安裝。在進行了大量的試點測試之后，將測試過程中通過測溫窗口熱像儀實時記錄的紅外熱圖進行了后期分析整理，建立了熱圖檔案。在改造安裝的140個高壓開關柜中，全部實現了無損紅外測溫檢測，起到了高效、安全、可靠、實用的檢測效果，最大限度地減少了災難性電力事故的發生和計劃故障設備的維護和檢修。

總之，紅外窗口適用于各種高低壓開關柜和封閉電氣設備的內部測溫，通過紅外窗口測溫既提高了檢測的針對性,又節省了大量的人力、物力、財力,而且能對電氣設備的安全運行多提供一層保障,對整個電網的安全運營有著重要的意義。

[1]李亞峰, 王純.紅外測溫窗口在密封電氣柜測溫中的應用.2010年全國輸變電設備狀態檢修技術交流研討會論文集.在線監測技術應用，2010:863-871.

[2]孟丹, 舒超君, 黃剛, 陳剛.紅外窗口在密封式開關柜故障監測中的應用研究[J].化工自動化及儀表，2010，37(11): 41-44.