开关柜测温的几种方式哪一种好

发表时间: 2022-06-27 10:41:36

编辑: 福州英诺电子科技有限企业

开关柜测温技术有哪几种


感知测温技术


主要是设备停电时在导体接触处贴上示温蜡片或使用示温漆等特殊材料进行温度监测。日常巡检时若发现蜡片软化或熔化、示温漆变色,可以粗略判断接触处的发热程度,该技术仅可大体判断开关柜的发热故障,但需要人员进行定期巡视,难以及时、准确地反映温度的变化情况,其测温准确性、及时性及可靠性较差。

另一类感知测温技术主要是通过热电偶、热电阻等接触式感温元器件进行温度测量。采用这一类感知测温技术测量的温度相关信号后续可以采用有线或者无线方式进行传输,以便后续处理。例如王小华等人利用低功耗数字温度传感器进行感知测温,然后采用红外通信,将所测温度反馈给接收装置,实现触头温度的检测。但研究表明,采用这类接触式感温元件进行测温,其测温准确度受传感器的结构形式和安装方式的影响较大,同时测温元器件与触头接触,对于触头的电场分布及发热亦有一定影响。


红外测温技术


一切温度高于绝对零度的物体都会不断地向周围空间辐射能量,而辐射能量的大小、波长分布又与物体表面的温度直接相关。基于上述原理,通过测量物体的红外辐射能量就可以确定物体的温度,这种利用物体红外辐射能量来进行温度测量的技术称之为红外测温技术。红外测温属于非接触式测温技术,比较适合开关柜触头这类带电物体的温度测量。高压开关柜红外测温系统,通过选择合适的视场张角并进行温度标定与校正,解决了触头温度非接触测量的难题,为高压开关柜触头温度的非接触红外测量奠定了基础。为解决红外测温视角大、易受环境干扰和小体积物体温度误差大的问题,可以利用菲涅尔透镜的聚焦作用,有效地解决高压开关触头温度监测的难题 。为解决有线信号传输的布线冗余和功耗的问题,可以利用无线通信技术进行开关柜红外测温结果的传输,从而提高测温设备的可靠性和抗电磁干扰能力 。

虽然红外测温技术可以较好地监测开关柜触头发热情况、预测设备的运行状态。但红外测温设备的体积一般较大,且只能监测红外线可照射到的位置,难以测量开关柜触头内部温度 [5],而开关柜过热通常起源于触头内部,其温度远高于触头表面。此外,红外测温的准确度与可靠性受大气环境、测温传感器的安装位置、测温距离、物体辐射率、红外波长、视场张角和区域范围等各种因素的影响,测量准确度有限。因此,要想准确测量运行中的开关柜触头温度,仍需系统研究上述因素对测量结果的影响规律,对测温结果进行必要的标定与校正 ;同时,通过数值模拟仿真,建立触头内部和表面温度之间的定量关系,通过表面温度间接推断触头内部高温区域的温度情况,为开关柜运行安全性提供引导。


光纤测温技术是利用光纤作为传感和传输信号的载体,光纤测温具有电磁不敏感、传感器尺寸小、电绝缘性能好、质量小、灵敏度高、动态范围大等特点,能够有效克服开关柜内部强电磁的干扰,在开关柜触头温度测量方面具有突出优势。目前用于开关柜温度监测的光纤测温技术主要包括感光型光纤测温技术 ( 如光纤光栅测温技术、分布式光纤测温技术等 ) 和传光型光纤测温技术 ( 如荧光光纤测温技术、光纤半导体测温技术等 )。


感光型光纤测温技术


感光型光纤测温技术主要是利用光的相位干涉、波长干涉、强度散射作温度信号,利用光纤自身所具有的物理参数随温度变化而变化的特征,实现温度的传感测量,具有灵敏度较高的优点,但对温度以外的压力、振动等机械量的变化很敏感,可靠性略差。主要有光纤光栅和分布式光纤两类测温技术。


光纤光栅测温技术


光纤布拉格光栅 (Fiber Bragg Grating,FBG)传感器是通过特定的工艺方法使光纤纤芯的折射率沿纤轴方向产生永久变化而制成。当入射光通过光纤光栅会发生选择性反射,当外界温度发生变化,光纤光栅将产生轴向应变和折射率变化,反射光波长也随之改变。通过测量反射光波长为避免光纤光栅测温过程中应力与温度的交互影响,需要对光纤光栅传感器进行封装。此外,光纤传感器布线安装、测温量程等因素对测温准确性也有一定影响。因此,光纤传感器的封装、布线安装和光缆爬电等都是需要解决的技术难题。相关研究也表明,目前对传感器的封装技术能够满足开关柜测温准确性和可靠性的要求,可以实现高压开关柜温度的可靠监测。此外,光纤测温传感器的尺寸小,可以根据需要将其布置于静触头,并通过光纤直接进行测温信号的传输,保证了测温数据准确、稳定可靠,且设备安装简单和维护量少,避免了采用无线测温系统易受现场安装结构的影响,造成可靠性较低、容易丢失数据的问题。

总的来看,由于光纤光栅本身测温的灵敏度有限,必须进行增敏封装,同时为了避免封装引起内应力变化而影响测温精度,光纤光栅的增敏封装对封装工艺的要求很高。此外,采用光纤光栅进行测温时,对光信号的解调还需要专门的设备。上述两方面原因使得光纤光栅测温技术的应用成本较高,其实用性仍有待加强。后续仍需进一步提升光纤光栅测温技术在开关柜触头测温中的可靠性,并降低应用成本,提高其实用性。分布式光纤测温技术具有抗电磁干扰、绝缘性能良好和易实现区域测温的特点,在变压器内部测温和电缆温度监测方面具有广泛的应用。

但分布式光纤测温技术的空间分辨率有限,难以准确定位测温位置,对开关柜内部温度监测的定位误差较大,所以目前其在开关柜触头发热监测中应用较少。为提高分布式光纤测温技术在高

压开关柜接触点温度测量中的可靠性,需采用空分与波分复用的光路系统,以提高测温信噪比确保监测精度。

总的来说,由于分布式光纤传感器空间分辨率有限,难以准确确定触头测温位置,加上光纤弯曲布置引起的光损耗较大,光路信噪比较低,目前在开关柜触头温度监测方面的应用研究较少,后续需探索相关的信号采集与处理技术,提高其空间分辨率和局部测温准确性。


传光型光纤测温技术


传光型光纤传感器是在光纤的一个端面上,配置上其他温度传感器,将其与光纤耦合起来,构成光纤传感器,利用温度引起光强度、折射率和荧光等的变化,实现温度测量。与感光型光纤测温技术相比,其光纤仅用于光传输,温度检测的灵敏度略差,但可靠性高。


荧光光纤传感器是基于光纤感温探头端部涂覆的荧光感温材料,利用荧光感温材料的温度特性,实现监测点温度的测量。荧光式光纤测温技术的精度高、性能稳定可靠,能够抗电磁干扰,且不受震动的影响。因此,可以直接应用于测量开关柜触头、母排等区域的温度。

半导体光纤传感器是利用半导体材料随温度的变化,其折射率发生变化这一原理,来实现温度测量。一般通过镀膜技术将半导体材料均匀地镀在光纤一端的横截面上,然后再利用陶瓷管和航空胶对其进行封装,制成半导体光纤测温传感器,将其布置于铜排或者触头处,实现测温位置温度的测量,该方法具备良好的测温可靠性和精度。


声表面波测温技术


声表面波是一种能量集中于固体表面的弹性波,主要沿着固体半空间表面进行传播,具有灵活性大、抗干扰能力强且易于产生的优势。

声表面波测温主要是利用声表面波传感器对温度的敏感性实现测温。利用传感器的固有频率与温度之间的相关性,当测量的激励频率与传感器的固有频率相等时,传感器发生谐振,从而确定被测物体温度的一种无源无线测温技术随着我国以新能源为主体的新型电网系统建设的深入,高柔性的新型电网系统对电网设备安全性提出了更高的要求。高压开关柜设备是电网系统的主要设备,其安全运行对整个电网系统的安全性有着重要影响。如何提升开关柜运行安全性和可靠性,已成为当前电网运行与维护技术发展中迫切需要解决的问题。开展配网开关柜触头温度监测可以及早发现因设备长期运行老化导致连接部位接触电阻增大和过负荷等因素而引起的过热故障,对于设备安全稳定运行具有重要意义。现有的开关柜触头温度监测技术繁多,经过多年开发,已形成感知测温、红外测温、光纤测温和声表面波测温等多种温度监测技术。本文对相应技术在开关柜触头发热温度监测领域的研究进展进行了梳理和总结,指出各种测温监测技术所面临的问题与挑战,提出未来研究的思路。


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