电力设备机柜在线热故障监测系统的探讨

摘要：电力设备机柜热故障容易引起开关柜的局部过热，针对高度集成化的成套开关柜很难人工感知热效应的发生，传统的人工巡检，更难发现隐性电患，导致电事故的发生。本文对集约化远程控制机柜的在线热故障监测系统：光传输温度传感器及现场数据总线式温度传感器的硬件、软件系统进行探讨与总结，新型在线监测系统克服了恶劣电环境下温度数据难于获取的难题，利用在线监测系统判别开关柜热故障，省时，省心。在线热故障监测系统的运用不但节省了人、物力成本，且更实时准确的反应设备运行状态，提前预警作用。

关键词：电力设备机柜；热故障；在线监测系统；光传输温度传感器；现场数据总线式温度传感器；

Abstract： The electrical equipment cabinet thermal fault easily cause the local overheating of switch cabinet. Aimed at the traditional manual inspection is hardly to find the recessive suffering， leading to electrical accidents. The paper discussed and summarized the remote control cabinet line thermal fault monitoring system， namely the hardware optical transmission temperature sensor and field data bus temperature sensor， software systems. The new online monitoring system， overcame the problem that harsh electrical environment temperature data is difficult to obtain， use on-line monitoring system to identify switchgear thermal fault， save time and worry. The use of thermal fault line monitoring system not only saves people， material costs， and response equipment running accurately， plays the role of warning.

Keywords： electrical equipment cabinet； thermal fault； online monitoring system； optical transmission temperature sensor； field data bus temperature sensor；

0.引言

电力设备机柜在长期运行过程中，断路器、隔离开关等电力元件频繁的开断容易造成与线排接触的触点老化或接触电阻增大；电力震荡或谐波影响产生的过载电流通过触点与电缆线，造成绝缘层破坏；动力、控制电缆的裸露接头与压线板不连通造成接触不良等。高度集成化的成套开关柜大部分热故障都发生在元器件的接口处，触头与接点的位置故障成为机柜热故障的重灾区。集成化的成套开关柜空间布置紧促，热故障很难通过人工巡查发现，但热故障都伴随有热能量传递，通过检测成套开关柜柜体的热效应变化诊断判别热故障故障，成为现代电力设备的智能化发展趋势方向。

结合传感器技术、现代数据传输技术、智能信号处理技术的在线热故障监测系统装置，在电力设备开关机柜的热故障处理上长足的应用前景，其中现场数据总线式温度传感器在线监测系统，光传输温度传感器在线监测系统是开关机柜的热故障处理发展的两个主要方向。

1.开关柜热故障温度检测装置的现状

电力设备柜体内的电气元件（断路器、隔离开关、电容器、避雷器等）开断触头与电缆线、母线排都处于高温、高压、复杂的强电磁环境中，而热故障传感器需要防电磁干扰、与复杂电环境隔离，应运而生了如下几种开关柜温度检测方法：

1）热敏电阻测温装置：热敏电阻测温发展最早，对温度灵敏性高、而成本相对低廉等居多优点，在自动化程度不高的工业领域热敏测温电阻发展的最广泛，但热敏测温电阻需要实时校验、缺少自动检测功能和需要独立布线等缺陷，很难在电力现代化市场发展上占有一席之地。

2）试温蜡测温装置：根据电力元件的发热效应原理产生的试温蜡测温装置也存在诸多缺陷，试温蜡的脱落或熔点温度与待测对象极限温度相等，只有待测对象温度超出极限温度，试温蜡脱落后才显示故障，会造成延时与误导；依据试温蜡的脱落现象辨识开关柜设备热故障不容易被运行、巡视人员辨别；存在电力负荷的不稳定性现象造成的触点发热波动范围相对较大，试温蜡不能正确的脱落，造成误判断。

3）红外线测温装置：红外测温装置有其突出的优点，被测对象温度反应灵敏，成本相对低廉，市场上发展的也比较成熟，但由于系统稳定性缺陷，且受空间及环境因素影响，发展也受到制约。

4）试温颜色标签：这种测温装置保留了测温蜡的工作原理，附加了蜡片外层涂抹随温度变化的有色发光材料环节，由颜色变化进行定性显示，可读性差，不能满足监测的发展。

5）成像测温装置：它是通过高温可视化设备实现动态温度监测，成本相当高，限制了设备的发展。

现阶段还有结合无线通信技术发展的ZigBee组网监测技术，处于发展实验阶段，该技术针对恶劣工况的电环境不能稳定可靠的运行。电力设备开关柜的热故障监测发展要符合市场需求，应运产生了光纤传输、现场总线形式的在线监测设备。

2.电力设备机柜的在线热故障监测系统

2.1电力设备机柜的在线热故障监测系统硬件模块

开关柜的在线监测系统硬件模块结构包括传感器设备、数据传输通道、数据采集装置、接口转换器以及监测处理系统，监测系统结构图如下：

1）温度传感器

温度传感器属于外界连接关口，直接感知复杂电环境下电器元件的热效应，检测设备感知器必须保证传感器严格控制在被测触点、电缆线及母线排安全区域，避免引入误差。

2）温度采集单元

本模块实现对电力设备柜体热故障的温度监测数据采集，实时传输采集信息，而现场数据总线式温度传感器在线监测系统，光传输温度传感器在线监测系统需要设计差异的温度采集模块。光传输温度传感器在线监测系统一般通过光纤式温度监测仪完成信号的数据转化；现场数据总线式温度传感器在线监测系统需要通过温度传感器以无线接收模块实现数据的接收与传达。

2.2电力设备机柜的在线热故障监测系统软件模块

电力设备机柜的在线热故障监测系统软件功能主要包括实时性和检测功能，检测功能模块有自检模块、数据显示与分析统计模块、温度管理模块、日志记录模块、温度报警和系统安全模块等。

1）数据显示与分析统计模块

本模块对采集数据进行在线实时显示、分析，实时温度信号通过数字显示器或模拟温度实时曲线特征显示， 其中包括实时温升特征，相间温差。复杂模块还包括读取数据库中历史数据，对测点温度变化数据进行分析和统计。如对测点温度的最高值、最低值、日平均值与检测时间。对测温点温度的前时刻温升曲线， 相间温差曲线。

2）温度报警模块

监测系统依据实时数据，与报警关口阈值进行比较实现报警。报警时， 相应数据显示、报警状态反馈都以信号形式反应在监控中心， 同时激活蜂鸣器报警系统，提醒运行人员及时处理。而值班人员可以查看实时温度监测按钮确认具体报警传感器，点击监控系统页面，查看报警测点热故障准确位置、同时确认柜体具体设备的测点名称、报警发生时间。

通过上述硬件软件主要模块的了解，基本满足热故障的实时在线监测功能，避免柜体恶劣的电环境对温度数据的传输和数据监测的破坏，提高了实时监测自动化程度。

3.光传输温度传感器、现场数据总线式温度传感器的探讨

3.1光传输温度传感器

光传输温度传感器是依据激光束通过掺杂光纤，掺杂光纤随着空间分布产生折射率的相应变化特性，纤芯腔内形成相位光栅，简而言之，通过光纤腔形成一个窄带滤波器或反射镜实现光的传输。光传输温度传感器结构组成如下：

光传输温度传感器装置主要包括数据传输光纤，温度传感器，监测仪等。工作原理是通过把采集的测温点区域温度量转化为前置驱动电路能识别的电信号量，利用内部控制逻辑电路转化的内核辨识信号传输到光端机调制解调后通过光纤传到光传输温度监测主机， 在就地显示器上显示需要的测点温度。就地小主站也可以通过通信接口总线将温度数据送到集控室，便于值班人员作进一步处理或指示，最终实现电力开关柜（尤其是包含电力补偿柜，重要断路器和隔离开关等机柜）的热故障的集中实时监测与处理。

3.2 现场数据总线式温度传感器

现场数据总线式温度传感器通过红外线传输数据，实现复杂电环境的隔离。现场数据总线式温度传感器结构组成如下：

现场数据总线式温度传感器装置主要包括1） 64 位激光ROM， 2） 温度灵敏元件，3） 非易失性温度告警触发器TH 和TL等。

光传输温度传感器、现场数据总线式温度传感器有着各自优缺点，一般中、高压开关柜在线热故障监测，宜用光纤传输保证安全与可靠。且测量精度很高，抗干扰性强。但光纤走线需要独立的路由，不方便电力开关柜的其他设备走线，尤其是针对有断路器、隔离开关合柜的柜体。

现场数据总线式温度传感器系统通常处于低压开关柜体电环境中， 在低压电环境下，抗干扰性强， 结合总线优势方便组成大互联区域的在线监测。通过编写合适的网络协议，实现各模块间的独立识别，无线传感网络就是通过这种模式发展起来的。独立的监测-传输映射模式，简化了开发、降低了成本，是光传输温度传感器无法比拟的。

4.结论

本文通过对传统电力开关柜测温方法的介绍，归纳出各自的优缺点，证实传统巡检设备装置已不适用现代电力设备柜体的监测要求。引出两种新型在线热故障监测系统装置，分别对在线热故障监测装置的硬件、软件进行探讨，同时针对光传输温度传感器、现场数据总线式温度传感器的结构模型进行了详细的介绍，归纳出各自的特点，得出它们各自的适应的电环境和未来发展应用趋势。通过本文的探讨，反应出开关柜体的热故障在线监测的重要性，为电力设计工作者、设备供货厂家或业主方提供订货设计依据，选择合适、合格绩优产品。

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