光纤高压开关柜温度监测系统
作者：曹明嫦
作者单位：北京达卡科技有限公司（）
邮箱：
电话：010-81957301 010-88125312
传真：010-88125312
手机：13683072339
一、高压开关柜实行温度在线监测的必要性
高压开关柜作为电力系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。随着电网的发展和设备技术的提高，10，35kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题，由于开关柜体的密闭性，在一些负荷较重的地区，存在开关柜的温升超标问题。开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。目前，对电力系统内部使用的开关柜，严格遵守设备采购程序及技术政策，确保入网的开关柜都通过型式试验，尤其对温升的要求比较严格。运行中，负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量，开关柜的温升问题应该不会很突出，但是实际情况并不尽然。开关柜内部实际温升情况，尤其是母排连接等部位，通常总是比型式试验测出的数据高。主要有以下几点原因：
（1）型式试验测得数据通常在试验室完成，持续时间不长，一般不超过8h，不具备温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。
（2）不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。
（3）连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。特别是铝质母线，弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大，从而影响导体接触效果。
（4）选用的导体材料电导率不满足要求，多数属于导体原材料纯度不够。
（5）现场的其它因素，比如可能存在安装检修工艺不当，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。
随着传感器技术、信号处理技术、计算机技术、人工智能技术的发展，特别是近年来光纤传感技术的飞速发展，对我们打造健康电网又有新的飞跃。北京达卡科技有限公司通过科技攻关，开发出光纤光栅点式温度监测系统和分布式光纤线式温度监测系统，这两种系统可以大量用于电力系统中。智能化和在线式是光纤技术的突出优点，使得对开关柜温度状态进行在线监测，及时发现故障隐患并对累计性故障做出预测成为可能。它对于保证开关柜的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度具有重要意义。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，要实现对触头的测温，必须解决电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。而开关柜内有裸露高压，空间封闭狭小，无法进行人工巡查测温。
通过监测开关柜内触电温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，但由于开关柜内高压狭小的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。
2、光纤光栅高压开关柜温度监测
光纤光栅温度监测采用在线点式监测，光纤光栅温度传感器采集到温度的变化后，数据返回道解调仪，解调仪对传感器采集的温度信息进行数字化分析处理，系统可及时得到各被测点正常、预警、告警、
等温度信息。
光纤光栅在电站中控室显示终端：电站中控室显示模块可实时在线显示本电站所有被测开关柜被测接点的正常、预警、报警等数据。系统自行运行。
光纤光栅温度服务器是整个监测系统的数据采集、分析的枢纽。监测服务器的运行能达到以下的目标：
对每个高压开关柜六个触点的{zg}温度值实时测量、显示；
测量精度为±0.5℃，分辨率为0.1℃；
多级预警、告警阈值设定；
根据设定的阈值，进行多级预警、告警；
能够对测试的数据进行存档、分析，并针对每台设备建立独立数据库；
按照用户的需求，进行相应的记录、报表和打印；
提供局域网接口，能够嵌入到其他控制系统。
光纤光栅高压开关柜温度监测系统性能：
实时在线监测：所有监测点的单次测量时间小于 1 秒，最快小于 3ms；
无人监测：监测站全自动监测，无需现场值班人员；
全光测量：监测信号为光信号，传感信号不受电磁干扰；
测量精度高：测量精度±0.5℃，测温分辨率0.1℃；
性能可靠稳定、寿命长：核心器件全部进口，具有相当的质量保证，MTBF>5年；
方便定位：通过独有的软件关联技术，能够快速的定位测点的区域或者具体的物理位置；
安全性高：整个信号的处理及控制单元处于远离工作区域的控制室，传感器对温度信号的采集在无电情况下进行，本征xxx；
良好的兼容性：通过各种通讯接口（串口、网口等），可实现与外部系统的良好结合，提高系统之间的数据交换兼容性和速度。
