10kV高壓開關柜光纖光柵測溫系統應用研究

楊希

摘要：根據礦井實際需求，礦井變電站采用光纖光柵測溫系統對14個10 kV高壓開關柜中的168個測溫點進行了溫度監測，應用效果良好，系統實現了溫度監測、顯示、預警等功能的一體化，具有良好的經濟效益，可有效杜絕高壓開關柜發熱事故的發生。

關鍵詞：光纖光柵測溫系統;10 kV高壓開關柜;光纖傳感器

0 引言

礦井變電站中10 kV高壓開關柜是不可或缺的重要設備，其直接連接著變電站及電流分配線路，具有電流輸送及開斷的功能。10 kV高壓開關柜供電穩定，長期運行過程中容易發熱，當溫度超過設備的額定溫度后，容易引發跳閘事故，嚴重情況下造成供電系統癱瘓，影響礦井的正常運行。為此，眾多學者進行了相關方面的研究，其中光纖測溫技術因為不受高壓開關柜結構限制且測量結果準確而備受關注。

本文根據實際需求，采用光纖光柵測溫系統對10 kV高壓開關柜進行溫度監測，監測過程中系統運行穩定，數據可靠，實現了溫度的實時監測、顯示、預警等功能一體化，應用效果良好。

1 光纖光柵測溫系統工作原理

礦井井下變電站主要通過10 kV高壓開關柜進行電流輸送，其與主變電柜及電流分配線路連接，直接控制著電流的開斷，因為輸送電流量較大，高壓開關柜內部結構復雜，加上井下工作空間狹小，難以實現高壓開關柜的實時測溫目的。目前礦井井下變電站主要采用KYN型中置移開式高壓開關柜，這種高壓開關柜體積較小、密封性良好、結構復雜，在運行過程中電流負荷較大，發熱現象嚴重。根據國家標準《交流高壓電器在長期工作時的發熱》（GB 763—1990）相關要求：“10 kV高壓開關柜額定最高溫度為75 ℃，長時間高溫作業下，容易導致連接部位松動，嚴重情況下將發生安全事故。”因此，對10 kV高壓開關柜進行實時溫度監測顯得尤為重要。

本文主要采用光纖光柵測溫系統對高壓開關柜進行溫度測量，測溫系統工作原理示意圖如圖1所示，其具體工作原理：系統的脈沖光信號主要通過半導體SLD發出，光信號通過放大器放大后傳送至傳感器，傳感器將接受到的信號返回至光纖中，在光時延線的作用下，形成一系列脈沖序列，隨后依次經過光探測器、放大器到達信號控制中心，得到處理過后的脈沖序列，這些序列中包含了設備運行過程中具體的溫度參數，最后進行數據輸出，實現溫度測量工作。

2 光纖光柵測溫系統工程應用實例

本文根據礦井實際配電情況，在10 kV高壓開關柜中運行溫度測試系統。

2.1? ? 光纖光柵測溫系統作用及特點

光纖光柵測溫系統具備抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、耐輻射等特點，可以在惡劣的環境中安全運行，除此之外，系統還具有一定的自檢和校準功能，如果系統在運行過程中光纖受損，憑借自檢功能可以準確判斷故障點，將故障信息反饋到計算機后，由計算機進行故障信息的處理，并通過顯示屏進行顯示，工作人員可根據顯示屏顯示的設備運行參數進行相關操作。光纖光柵測溫系統特點如下：

（1）系統可對開關觸點進行實時監測;

（2）顯示界面顯示了設備運行過程中各參數的具體狀況，并可繪制相關曲線，及時保存歷史曲線，方便工作人員查看;

（3）顯示界面上不同部位均設有報警提醒，相應位置發生故障后，顯示界面上的報警會提示故障點名稱;

（4）系統具有持續性溫度監測功能，不僅保留溫度監測數據，還可實現手機-計算機一體化，工作人員可通過手機查看報警信息;

（5）系統具有一定的可擴展功能，可與礦井消防系統實現聯動，當發生安全事故后，系統可及時關閉防火門及通風機，防止故障范圍繼續擴大。

2.2? ? 光纖光柵測溫系統安裝

光纖光柵測溫系統的安裝需保證良好的接地性，系統安裝在主控臺位置，監測光纖、監測主機以及顯示器等設備均安裝在機柜內，電源為220 V的交流電，電源主要由站內提供，然后輸送給監測主機，需保證電源的不間斷供電。

光纖傳感器是溫度監測器的核心，其體積較小，主要用于開關觸點、電壓端頭以及母線連接處等部位的監測。為了保證監測安全性，光纖傳感器禁止安裝在開關的操作部位以及碰撞部位，光纖光柵測溫系統光纖傳感器布置簡圖如圖2所示，從圖中可以看出，光柵傳感器主要安裝在三相靜觸頭處，根據現場需求，高壓開關柜中共布置了12個光纖傳感器，通過耐高溫的強力粘結劑將光纖傳感器與靜觸頭連接，為了防止爬電，光纖外露長度需大于2.6 m，為了監測結果準確，高壓柜內光纖需進行適當彎曲，保證彎曲半徑大于5 cm，且測溫點爬距必須大于25 cm。

3 光纖光柵測溫系統應用效果

本次應用針對礦井14個10 kV高壓開關柜，共168個測溫點進行了監測，每個高壓開關柜有12個光纖傳感器，測量位置主要集中在開關母線、開關CT側和電纜、線路側。2019年8月19日測溫系統安裝完成后，一直運行至2020年3月24日，在運行期間各個測點溫度均在正常范圍內，測得的數據良好，無故障發生。

光纖光柵測溫系統不僅具有良好的測溫性能，還具有一定的經濟效益。根據礦井統計結果顯示，自2010年起共發生過一起高壓開關柜高溫造成的安全事故，高壓開關柜刀閘隔離發生故障，造成電路保護動作，致使1201開關和2510開關跳閘，最終造成變壓器車柜燒毀，整個高壓開關柜中各個零件均有燒熔變形現象，造成本次事故的主要原因是車柜中彈簧動力不足，在高負荷運行條件下，接觸不良的位置發熱嚴重，引起放電現象，最終導致了短路及跳閘事故的發生。傳統的溫度監測方法無法實現對接觸部位的監測，因此無法掌握設備運行過程中的具體情況，2010年造成的這起安全故障共停電150 h，在停電期間造成供電損失約470萬元，燒毀損壞的設備眾多，直接損失60萬元，累計損失530萬元。此外，斷電造成的停產以及大量設備維修費用均無法估計，損失嚴重。而采用光纖光柵測溫系統可以實現對高壓開關柜各個部件的溫度監測，并有及時預警功能，當部件發生故障后可以及時進行搶修，保證供電系統的穩定性，具有良好的經濟效益。

4 結語

本文針對礦井井下變電站10 kV高壓開關柜容易發生的安全事故，采用光纖光柵測溫系統對高壓開關柜各敏感部件進行了溫度監測，測試期間，各部件測點溫度均在正常范圍內，運行狀況良好，保證了變電站供電系統的正常運行，具有良好的經濟效益，該系統值得大力推廣。

[參考文獻]

[1] 韓玉蘭，蘆興，路燦，等.高壓開關柜隔離觸頭溫度紅外檢測系統的研制[J].高壓電器，2008，44（6）：578-581.