變電站開關柜溫度監測系統設計

張忠蕾，郝學磊，呂 琨

(1.聊城供電公司，聊城 252003;2.威海北洋電氣集團股份有限公司，威海，264209)

1 引言

變電站設備，尤其是開關柜、變壓器等高壓電氣設備，是變輸電系統中的核心。變電站設備可靠運行的監測，對于整個電力系統的安全可靠運行都是十分重要的。由于這些設備大多采用封閉式結構，長期的運行造成熱量聚集，容易造成設備損耗，如果設備散熱出現問題，急劇的升溫會造成設備故障。由此帶來的安全隱患和經濟損失不可估量。本論文針對傳統變電站設備溫度監測方式的不足，通過嘗試熒光光纖溫度傳感器作為測溫節點，搭建開關柜溫度監測系統，成功地完成了聊城110kV開發區站10kV開關柜的溫度監測，并取得了良好的效果。

2 光纖測溫產品在溫度監測中的優勢

由于變電站設備具有高電壓、強磁場、封閉等特性，傳統的溫度監測方法往往不能起到良好的效果。人工定時巡檢的方法容易造成漏報。示溫蠟片不能在結構復雜的開關柜等設備中使用。熱電偶方法易受到電磁干擾，且本身屬于金屬元器件，容易出現安全隱患。而紅外成像法受到環境影響極大，而且同樣不能使用在結構復雜的開關柜設備上面。根據國外的成熟經驗，光纖溫度傳感器產品是作為變電站設備測溫的最理想設備。

光纖溫度傳感器產品氛圍分布式和點式兩種。其中，分布式溫度傳感設備主要使用在長距離測溫領域中，如高壓電纜測溫。點式測溫設備作為傳統溫度傳感器的替代產品，具有尺寸小、壽命長、本征抗電磁干擾、本征安全的特點，可以為變電站設備的溫度實施監測提供有效的保障。判斷設備符合能力和使用壽命，為設備安全運行提供科學依據。從而提高經濟效益，保障人民生產生活。

3 熒光光纖溫度傳感器原理

熒光光纖溫度傳感器使用光纖作為傳感器和傳輸介質，在光纖頂部探頭處安裝熒光膜，熒光膜受到激光的激勵后，受到激勵輻射出熒光能量。激勵撤銷后，熒光膜的熒光余暉衰減會受到環境溫度的影響，通過檢測衰減的時間，可以得到探頭所在位置的溫度情況。熒光膜主要選用氟鍺酸鎂作為主要材料，衰減時間于溫度的關系圖如圖1:

圖1 氟鍺酸鎂衰減時間于溫度的關系

熒光測溫傳感器工作過程如下:傳感器的解調模塊由激光二極管、光耦合器、弱信號檢測電路、數據采集卡等器件構成。工作時，低功率的激光二極管光源 (LD)發出激光。經過耦合器傳導至探頭，探頭發出的光經過光耦合器后，由光探測器將光信號轉化為電信號。弱信號檢測電路將電信號進行處理，經過濾波放大等處理，由數據采集卡采集數據并加以顯示。

熒光測溫解調儀電路系統硬件設計不再詳述。

4 設備溫度監測系統設計

系統采用三層構架，分為感知層、傳輸層和監控層。系統架構如圖2所示:

圖2 系統結構圖

每個開關柜內觸頭有六個，分別位于上側和下側的A、B、C三相上。為保證節點的可靠性，六個觸頭均使用熒光點式測溫節點進行監測。將測溫光纖探頭固定在靜觸頭上即完成基本安裝。當觸頭發生動作時，觸頭圓周位置形變，而中間位置比較穩定，為了避免探頭在觸頭碰撞過程中產生形變或者脫落，同時保證系統溫度測量的一致性，可將光纖探頭固定在靜觸頭的中間位置，以便于施工和后期維護。六個光纖探頭分六條光纖進入解調儀，通過耦合器共用一個熒光測溫解調儀 (采集單元)進行信號采集和處理。

傳輸層的目標在于將感知層中采集的數據進行傳遞，感知層中的光纖將各個監測點信息進行采集和處理，計算得到的溫度信息使用CAN總線數據的協議進行發送，數據被傳輸到控制服務器上進行整合，并在上層平臺中進行顯示。

監控層為監控多個開關柜，系統支持組態的軟件顯示界面，和并行控制服務器。在電力專網上的一臺PC機中架設監控端，可訪問多個控制服務器，獲得統一的開關柜信息。

圖3 電纜觸頭光纖傳感器安裝

觸點的溫度、變化趨勢等通過圖表、數值和曲線等形式來顯示。系統提供閾值報警功能為設備的運行維護提供有力的保障。控制服務器運行的服務程序使用C++進行編寫，保證了系統的可靠性和速度。監控層的組態界面采用JAVA程序進行編寫，保證界面美觀，易操作的基礎上，還可兼容多個操作系統。目前，該系統已在聊城110kV開發區站溫度監測中使用，運行效果良好。

5 總結

文章通過分析比較現有的高壓開關柜溫度監測的幾種方法，嘗試采用熒光光纖測溫方式設計開關柜溫度監測系統，通過對開關柜的觸點溫度進行監測，為工作人員實時了解開關柜設備工作狀態提供了有力的數據支持。驗證了熒光光纖測溫方式在變電站設備溫度監測中的可行性和可靠性，取得了良好的效果。該系統的設計和運行，對電力設備健康診斷和預警具有重要意義。

［1］錢祥忠.高壓開關柜內接頭溫度在線監測系統的設計［J］.儀表技術與傳感器，2007(2):73 －75.

［2］田毅，黃新波.高壓開關柜溫升在線監測系統［J］.高壓電器，2010，46(3):64 －67，71.

［3］劉建勝，酆達，張凡.一種用于變電站高壓觸點溫度在線監測的新方法［J］.電力系統自動化，2004，28(4):54－57.

［4］孫曉雅，李永倩，李天，李曉菲.基于光纖光柵的開關柜溫度在線監測系統設計［J］.電力系統通信 2012(33)，235:6 －10.

［5］陳宏，張慶偉，婁南，等.智能變電站應用技術培訓教材［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［6］劉愛華.高開斷大電流開關柜溫升的試驗研究［J］.河北電力技術，2001，3.

［7］彭軍.傳感器與檢測技術［M］.西安:西安電子科技大學出版社.2003.

［8］張國順，何家祥，肖桂香.光纖傳感器技術［M］.北京:水利電力出版社.1988.