可重復使用的線夾溫度越限指示裝置研究

蘇立 周幸平

摘要：當今電路安全問題愈發重要，導線接頭電氣結點長期工作下，會由于環境、安裝等問題造成電阻增加，進而逐步發生過熱燒斷事故，影響設備安全穩定運行及電網輸送電的可靠性。針對現存市場的國內外電氣設備、電壓輸送設備的溫度監測裝置的弊端，本文提出線夾溫度越限指示裝置，具備成本低、安裝簡易，并且能夠迅速做出溫度越限指示，使維護人員能夠及時發現溫度超標線夾便于采取措施，能夠實現預警及時、降低巡查便捷、保證電路輸送更加安全可靠。

關鍵字：過熱燒斷;溫度越限;重復使用;供電可靠性

一 ?前 言

伴隨社會用電量的急劇增加，不管是電力輸送系統，還是配電線路、變壓設備也都在相應的大幅應用，這也致使負責輸送高壓電的部分高壓電氣設備的輸送電力負載也變得繁重[1-2]。長期高強度任務的工作下，高壓輸電線路的導線接頭是線路安全運行的薄弱環節，特別是用螺栓連接的跳線接頭，這種連接方式若安裝時螺栓壓的不緊或由于振動、擺動等造成螺栓松動，都會使該接頭的電阻增大，從而引起接頭溫度的升高。輕則影響正常輸電，重則造成事故。因此，一般整個電力輸送系統的最薄弱環節在導線接頭與設備聯結點處，其結點處電阻增加，發熱增加，但超出不可調控的限制時，便會發生事故[3]。

外套于聯結點外部的線夾，同樣會受聯結點溫度所影響。聯結點發熱是必然存在的一個問題，并且是一個惡性循環：電阻增大、輸送電力溫度上升、導線銅絲變形、線路氧化、溫度上升、電阻增加、發熱、持續升溫，當溫度達至上限，不做出措施，便會出現燒毀或擊穿事故[4]。根據最新相關數據統計顯示，去年國內電力系統故障就毀壞20余萬臺電動機，將這些事故按技術分類，其中超溫事故就占比約為25.3%。由數據分析顯而易見，對于超溫問題的解決是一件必需進行的事。如何進行迅速溫控、及時反饋聯結點的溫度，減少超溫發生事故的概率成為目前電力輸送設備、運行維護的亟待解決問題。

根據當前市場調查研究，各級供電商只能指派維護人員手持溫度測量儀對設備進行溫度采集、檢測，需要對電路的每個結點進行檢測，無法達至實時監控、實時預警指示，且對人力、物力的耗費巨大，同時安全問題也未能有效解決。互聯網技術的普及，雖然有在研發電氣結點溫度的實時監控系統，實現全天、全時、全區域的溫度在線監控及預警播報，但目前而言并未得到有效應用 [5-6]。基于上述的各點，本文開發了一種簡易的可重復使用的線夾溫度越限指示裝置，其在實現溫度監控、及時指示預警的同時，將成本壓縮，做到高性價比下維護輸送電路的安全運行。

二 研究內容

本文提出的是一種線夾溫度越限指示裝置，此裝置不會影響其它電力設備結點構件的安裝。本裝置采用常用的螺栓作為固連部件，即安裝方便、不用加裝固定定位裝置，又可以根據各結點的實際情況進行選調螺栓長度型號，通過線夾預留的兩個帶內螺紋的孔進行配合，擰緊安裝。

1、設計要求

（1）穩定性：對于電氣結點的溫度監測裝置，需要做到隨時監控，雖然裝置是完全裸露于外界，與外界環境直接接觸，但不管周圍環境如何都需要穩定進行作業。因此裝置穩定性很關鍵。

（2）準確度：電氣結點的反饋的溫度數據將直接用作真實溫度，這個溫度值將直接影響部件的壽命與電氣設備的安全性。因此必須保證此裝置內部測溫元件的壽命與測量準確度，來保證反饋的預警指示的結果可靠性。

（3）實用性：預警裝置除了要做到能夠及時反饋數據，還需要能夠及時、醒目地提示檢測人員，減少必要的人力消耗。且裝置需要做到可復位使用、易于更換、安裝簡單等，減少相應的設備、工具介入。

2、總體結構設計

本文采用的溫度越限指示裝置為FC-WD-80型，由固定部件、測溫部件、預警部件及主體等組成，線夾溫度越限指示裝置結構爆炸圖如圖1所示。其中，測溫部件為一種熱敏元件，具體為一種蝶形雙金屬片，可對裝置內部溫度做出敏感變形，常溫情況下，蝶形雙金屬片中間高周邊低，限制預警部件的運動，在溫度達到臨界值時，向預警部件傳達信號進行預警指示步驟。預警部件由彈簧和警示桿組成，當熱敏元件發生凸跳變形時，邊圈從警示桿凹槽內脫離，警示桿在彈簧作用下向外滑出，紅色滑塊彈出，發出溫度越限警示，如此便完成預警指示工作。當溫度下降低于報警溫度后，蝶形雙金屬片恢復成中間高周邊低的形狀，此時，只要工作人員采用絕緣手段把警示桿推入到主體導向孔最深處，蝶形雙金屬片邊緣再次卡入警示桿的凹槽內，限制了警示桿向外滑出，裝置可以再次投入使用，實現重復使用。線夾溫度越限指示裝置發出警示前后的實物效果圖如下圖2（a）、（b）所示。

結合設備功能及設計要求，本研究重點解決的關鍵技術包括：

（1）接觸式敏感測溫探頭的開發研究，工作溫度最高達180℃。

（2）微功耗信號傳導技術，在極端天氣環境下，線夾溫度越限指示裝置均可在檢測到溫度處于臨界值時，發出警示動作。

（3）在電氣結點上，線夾溫度越限指示裝置不發生放電，不影響其它設備的正常工作，同時保障工作人員安全。

（4）整體裝置均采用的是機械式結構，具體是熱敏金屬發生形變，不會因為能源供給問題而無法工作。

（5）警示桿與其它組件采用外邊圈式無縫連接，以防出現漏水、漏油、氧化對裝置的壽命及準確性產生影響。

（6）該裝置主要適用于各種設備的導線接頭、刀閘開關等電氣結點的溫度監測。

三 與國內外同類研究和技術的綜合比較

目前，國內外對高壓設備的溫度監測方法主要有：示溫蠟片測溫法、熱紅外測溫法和等電位溫度檢測探頭測溫法[7]。

示溫蠟片測溫法：核心部件為感溫蠟片，可以彌補一般常規溫度計的不足，其原理是當被貼處的溫度高于示溫蠟片額定融化溫度時，示溫蠟片會自動融化而發生脫落，因此工作人員只需要根據示溫蠟片是否發生脫落就能識別此時結點溫度是否超限。此方法在很早就得以應用，操作簡單，缺點在于只有出現超限時才能得知，可靠性和精度都不高，且受結點貼片位置影響。

熱紅外測溫法：此方法為紅外探測器接受被測目標的紅外輻射能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元上，形成熱量分布圖像并轉化為溫度檢測結果，通常是采用紅外測溫槍、遠紅外成像儀等非接觸式測溫設備。其具備測量簡單、測量速度快、測量精準、結果易見等特點。但該方法只能是定點定時測量，無法實現電氣設備的實時監控，設備成本不低，無法對大規模電氣結點進行一一應用。

等電位溫度檢測探頭測溫法：該法的本質是通過熱傳導技術原理，將溫度測試線與相應的熱導體節點直接接觸，實現接觸式直接測溫。該法可以實現對電氣設備結點溫度的不斷測量，精度高、輸出迅速，但是對于范圍較大的電氣設備結點溫度檢測一定程度上會加大結構復雜度及設備費用、維護費用，性價比較低。

本文所采用的可重復使用的線夾溫度越限指示裝置較同類電氣結點溫度監測技術，具備溫度實時精準監測、可靠性強、成本低、附加設備少等優勢。且該裝置可用于任何電氣結點，不受設備、結點位置限制，可以根據需要配對相應的尺寸進行監測。同時，能夠完美應對極端天氣、電磁干擾，警示效果顯著、易發現、易可視化，且可恢復至原位再次監測，對巡查工作人員也是降低了工作難度。符合當代設計標準，降成本、簡化人工勞力。

四 關鍵技術指標

1、技術參數

工作溫度：-50℃～180℃

動作溫度：90℃±3℃

外型尺寸：φ36×28mm

復位方式：人工復位

使用次數：超過5萬次

本裝置不受雨、雪、冰、污垢等各類復雜環境情況影響，仍可保證設備的正常使用和預警指示。

2、設備系列

線夾FC-WD-70型溫度越限指示裝置：上限溫度70℃，誤差范圍±2℃。

線夾FC-WD-80型溫度越限指示裝置：上限溫度80℃，誤差范圍±2℃。

線夾FC-WD-90型溫度越限指示裝置：上限溫度90℃，誤差范圍±2℃。

可根據電氣結點實際情況進行靈活調節上限溫度（即警示溫度值），但需要保證監測結果的準確度。

3、適應環境

線夾FC-WD系列溫度越限指示裝置是一種能夠實時檢測各種導線接頭、設備刀閘開關接頭處溫度的裝置，當結點溫度超過上限值時會產生警示作用的新型裝置。能夠適用于各種需要監測溫度又采用螺栓固連電氣部件，且技術指標都是依照電力系統和相關行業的要求而定的，上限溫度可在70℃、80℃、90℃或靈活調節至用戶要求，一般誤差不能超過±2℃，可以醒目的指示出電氣結點的溫度，及時做出安全防護 [8]。

4、性能特點

（1）采用機械結構式的金屬變形預警技術;

（2）能夠實時辨識結點的溫度值，警示迅速、準確，巡查十分明顯。整體裝置十分簡單、安裝簡易、占用空間小，測溫部件為溫敏金屬，報警后對本身結構無影響，復位后可循環使用;

（3）可以靈活調節預定的溫度上限值;

（4）設備工作穩定可靠，不易受外界干擾，且能長時間工作在高負荷、高強度的環境下。

五 總結

接線電氣結點溫度的越限監測，是對電氣結點過熱燒毀的保障手段，是對阻止電力安全事故發生的安全手段之一，對保障電力系統安全運行有著重大意義。

本文所研究的可重復使用的線夾溫度越限指示裝置，采用一體式機械結構，具備安裝簡單、感溫精準、及時警示、可重復使用、可靠性高、工作穩定等優點。同時，警示動作十分明顯，能夠避免出現巡檢遺漏和疏忽，發生警示后只需等待溫度正常進行人工復位即可。極大地提高各類電氣設備的安全運行水平和供電可靠性，對國家社會的用電提供了顯著的社會效益、經濟效益和安全保障。

參考文獻

[1]潘敏，湯寅.電氣設備結點遠程溫度監測系統[J].農網智能化，2015（9）：30-31.

[2]馮勇.鶴崗地區高壓電氣節點無線測溫系統研究[D].華北電力大學，2014.

[3]阮海波.基于物聯網技術的高壓電氣結點溫度監測系統研究[J].工業控制計算機，2012，25（10）：33-34.

[4]潘存良，丁立云，羊磊，等.電氣結點溫度在線監測系統：中國，201220412209.5[P] 2012-08-20.

[5]楊慶江，劉曉亮，蘇漫綺，等.高壓電氣節點溫度的預測模型[J].黑龍江科技大學學報，2018，28（4）：405-409.

[6]許慶煒，舒軍，胡永里，等.基于JavaEE的分布式紅外電氣結點實時測溫監測系統[J].湖北第二師范學院學報，2015，32（8）：29-31.

[7]覃楠.高壓電氣實驗中危險節點分析及其控制措施[J].現代制造，2014（33）：12-13.

[8]常旭東.一種用于電氣節點溫度的在線監測裝置：中國，201420834364.5[P]2014-12-25.