• 開關柜測溫的幾種方式哪一種好

    發表時間: 2022-06-27 10:41:36

    作者: 福州英諾電子科技有限公司

    開關柜測溫技術有哪幾種


    感知測溫技術


    主要是設備停電時在導體接觸處貼上示溫蠟片或使用示溫漆等特殊材料進行溫度監測。日常巡檢時若發現蠟片軟化或熔化、示溫漆變色,可以粗略判斷接觸處的發熱程度,該技術僅可大體判斷開關柜的發熱故障,但需要人員進行定期巡視,難以及時、準確地反映溫度的變化情況,其測溫準確性、及時性及可靠性較差。

    另一類感知測溫技術主要是通過熱電偶、熱電阻等接觸式感溫元器件進行溫度測量。采用這一類感知測溫技術測量的溫度相關信號后續可以采用有線或者無線方式進行傳輸,以便后續處理。例如王小華等人利用低功耗數字溫度傳感器進行感知測溫,然后采用紅外通信,將所測溫度反饋給接收裝置,實現觸頭溫度的檢測。但研究表明,采用這類接觸式感溫元件進行測溫,其測溫準確度受傳感器的結構形式和安裝方式的影響較大,同時測溫元器件與觸頭接觸,對于觸頭的電場分布及發熱亦有一定影響。


    紅外測溫技術


    一切溫度高于絕對零度的物體都會不斷地向周圍空間輻射能量,而輻射能量的大小、波長分布又與物體表面的溫度直接相關?;谏鲜鲈?,通過測量物體的紅外輻射能量就可以確定物體的溫度,這種利用物體紅外輻射能量來進行溫度測量的技術稱之為紅外測溫技術。紅外測溫屬于非接觸式測溫技術,比較適合開關柜觸頭這類帶電物體的溫度測量。高壓開關柜紅外測溫系統,通過選擇合適的視場張角并進行溫度標定與校正,解決了觸頭溫度非接觸測量的難題,為高壓開關柜觸頭溫度的非接觸紅外測量奠定了基礎。為解決紅外測溫視角大、易受環境干擾和小體積物體溫度誤差大的問題,可以利用菲涅爾透鏡的聚焦作用,有效地解決高壓開關觸頭溫度監測的難題 。為解決有線信號傳輸的布線冗余和功耗的問題,可以利用無線通信技術進行開關柜紅外測溫結果的傳輸,從而提高測溫設備的可靠性和抗電磁干擾能力 。

    雖然紅外測溫技術可以較好地監測開關柜觸頭發熱情況、預測設備的運行狀態。但紅外測溫設備的體積一般較大,且只能監測紅外線可照射到的位置,難以測量開關柜觸頭內部溫度 [5],而開關柜過熱通常起源于觸頭內部,其溫度遠高于觸頭表面。此外,紅外測溫的準確度與可靠性受大氣環境、測溫傳感器的安裝位置、測溫距離、物體輻射率、紅外波長、視場張角和區域范圍等各種因素的影響,測量準確度有限。因此,要想準確測量運行中的開關柜觸頭溫度,仍需系統研究上述因素對測量結果的影響規律,對測溫結果進行必要的標定與校正 ;同時,通過數值模擬仿真,建立觸頭內部和表面溫度之間的定量關系,通過表面溫度間接推斷觸頭內部高溫區域的溫度情況,為開關柜運行安全性提供指導。


    光纖測溫技術是利用光纖作為傳感和傳輸信號的載體,光纖測溫具有電磁不敏感、傳感器尺寸小、電絕緣性能好、質量小、靈敏度高、動態范圍大等特點,能夠有效克服開關柜內部強電磁的干擾,在開關柜觸頭溫度測量方面具有突出優勢。目前用于開關柜溫度監測的光纖測溫技術主要包括感光型光纖測溫技術 ( 如光纖光柵測溫技術、分布式光纖測溫技術等 ) 和傳光型光纖測溫技術 ( 如熒光光纖測溫技術、光纖半導體測溫技術等 )。


    感光型光纖測溫技術


    感光型光纖測溫技術主要是利用光的相位干涉、波長干涉、強度散射作溫度信號,利用光纖自身所具有的物理參數隨溫度變化而變化的特征,實現溫度的傳感測量,具有靈敏度較高的優點,但對溫度以外的壓力、振動等機械量的變化很敏感,可靠性略差。主要有光纖光柵和分布式光纖兩類測溫技術。


    光纖光柵測溫技術


    光纖布拉格光柵 (Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器是通過特定的工藝方法使光纖纖芯的折射率沿纖軸方向產生永久變化而制成。當入射光通過光纖光柵會發生選擇性反射,當外界溫度發生變化,光纖光柵將產生軸向應變和折射率變化,反射光波長也隨之改變。通過測量反射光波長為避免光纖光柵測溫過程中應力與溫度的交互影響,需要對光纖光柵傳感器進行封裝。此外,光纖傳感器布線安裝、測溫量程等因素對測溫準確性也有一定影響。因此,光纖傳感器的封裝、布線安裝和光纜爬電等都是需要解決的技術難題。相關研究也表明,目前對傳感器的封裝技術能夠滿足開關柜測溫準確性和可靠性的要求,可以實現高壓開關柜溫度的可靠監測。此外,光纖測溫傳感器的尺寸小,可以根據需要將其布置于靜觸頭,并通過光纖直接進行測溫信號的傳輸,保證了測溫數據準確、穩定可靠,且設備安裝簡單和維護量少,避免了采用無線測溫系統易受現場安裝結構的影響,造成可靠性較低、容易丟失數據的問題。

    總的來看,由于光纖光柵本身測溫的靈敏度有限,必須進行增敏封裝,同時為了避免封裝引起內應力變化而影響測溫精度,光纖光柵的增敏封裝對封裝工藝的要求很高。此外,采用光纖光柵進行測溫時,對光信號的解調還需要專門的設備。上述兩方面原因使得光纖光柵測溫技術的應用成本較高,其實用性仍有待加強。后續仍需進一步提升光纖光柵測溫技術在開關柜觸頭測溫中的可靠性,并降低應用成本,提高其實用性。分布式光纖測溫技術具有抗電磁干擾、絕緣性能良好和易實現區域測溫的特點,在變壓器內部測溫和電纜溫度監測方面具有廣泛的應用。

    但分布式光纖測溫技術的空間分辨率有限,難以準確定位測溫位置,對開關柜內部溫度監測的定位誤差較大,所以目前其在開關柜觸頭發熱監測中應用較少。為提高分布式光纖測溫技術在高

    壓開關柜接觸點溫度測量中的可靠性,需采用空分與波分復用的光路系統,以提高測溫信噪比確保監測精度。

    總的來說,由于分布式光纖傳感器空間分辨率有限,難以準確確定觸頭測溫位置,加上光纖彎曲布置引起的光損耗較大,光路信噪比較低,目前在開關柜觸頭溫度監測方面的應用研究較少,后續需探索相關的信號采集與處理技術,提高其空間分辨率和局部測溫準確性。


    傳光型光纖測溫技術


    傳光型光纖傳感器是在光纖的一個端面上,配置上其他溫度傳感器,將其與光纖耦合起來,構成光纖傳感器,利用溫度引起光強度、折射率和熒光等的變化,實現溫度測量。與感光型光纖測溫技術相比,其光纖僅用于光傳輸,溫度檢測的靈敏度略差,但可靠性高。


    熒光光纖傳感器是基于光纖感溫探頭端部涂覆的熒光感溫材料,利用熒光感溫材料的溫度特性,實現監測點溫度的測量。熒光式光纖測溫技術的精度高、性能穩定可靠,能夠抗電磁干擾,且不受震動的影響。因此,可以直接應用于測量開關柜觸頭、母排等區域的溫度。

    半導體光纖傳感器是利用半導體材料隨溫度的變化,其折射率發生變化這一原理,來實現溫度測量。一般通過鍍膜技術將半導體材料均勻地鍍在光纖一端的橫截面上,然后再利用陶瓷管和航空膠對其進行封裝,制成半導體光纖測溫傳感器,將其布置于銅排或者觸頭處,實現測溫位置溫度的測量,該方法具備良好的測溫可靠性和精度。


    聲表面波測溫技術


    聲表面波是一種能量集中于固體表面的彈性波,主要沿著固體半空間表面進行傳播,具有靈活性大、抗干擾能力強且易于產生的優勢。

    聲表面波測溫主要是利用聲表面波傳感器對溫度的敏感性實現測溫。利用傳感器的固有頻率與溫度之間的相關性,當測量的激勵頻率與傳感器的固有頻率相等時,傳感器發生諧振,從而確定被測物體溫度的一種無源無線測溫技術隨著我國以新能源為主體的新型電網系統建設的深入,高柔性的新型電網系統對電網設備安全性提出了更高的要求。高壓開關柜設備是電網系統的主要設備,其安全運行對整個電網系統的安全性有著重要影響。如何提升開關柜運行安全性和可靠性,已成為當前電網運行與維護技術發展中迫切需要解決的問題。開展配網開關柜觸頭溫度監測可以及早發現因設備長期運行老化導致連接部位接觸電阻增大和過負荷等因素而引起的過熱故障,對于設備安全穩定運行具有重要意義?,F有的開關柜觸頭溫度監測技術繁多,經過多年開發,已形成感知測溫、紅外測溫、光纖測溫和聲表面波測溫等多種溫度監測技術。本文對相應技術在開關柜觸頭發熱溫度監測領域的研究進展進行了梳理和總結,指出各種測溫監測技術所面臨的問題與挑戰,提出未來研究的思路。


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