楊希

摘要：根據(jù)礦井實際需求，礦井變電站采用光纖光柵測溫系統(tǒng)對14個10 kV高壓開關柜中的168個測溫點進行了溫度監(jiān)測，應用效果良好，系統(tǒng)實現(xiàn)了溫度監(jiān)測、顯示、預警等功能的一體化，具有良好的經(jīng)濟效益，可有效杜絕高壓開關柜發(fā)熱事故的發(fā)生。

關鍵詞：光纖光柵測溫系統(tǒng);10 kV高壓開關柜;光纖傳感器

0 引言

礦井變電站中10 kV高壓開關柜是不可或缺的重要設備，其直接連接著變電站及電流分配線路，具有電流輸送及開斷的功能。10 kV高壓開關柜供電穩(wěn)定，長期運行過程中容易發(fā)熱，當溫度超過設備的額定溫度后，容易引發(fā)跳閘事故，嚴重情況下造成供電系統(tǒng)癱瘓，影響礦井的正常運行。為此，眾多學者進行了相關方面的研究，其中光纖測溫技術因為不受高壓開關柜結(jié)構限制且測量結(jié)果準確而備受關注。

本文根據(jù)實際需求，采用光纖光柵測溫系統(tǒng)對10 kV高壓開關柜進行溫度監(jiān)測，監(jiān)測過程中系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠，實現(xiàn)了溫度的實時監(jiān)測、顯示、預警等功能一體化，應用效果良好。

1 光纖光柵測溫系統(tǒng)工作原理

礦井井下變電站主要通過10 kV高壓開關柜進行電流輸送，其與主變電柜及電流分配線路連接，直接控制著電流的開斷，因為輸送電流量較大，高壓開關柜內(nèi)部結(jié)構復雜，加上井下工作空間狹小，難以實現(xiàn)高壓開關柜的實時測溫目的。目前礦井井下變電站主要采用KYN型中置移開式高壓開關柜，這種高壓開關柜體積較小、密封性良好、結(jié)構復雜，在運行過程中電流負荷較大，發(fā)熱現(xiàn)象嚴重。根據(jù)國家標準《交流高壓電器在長期工作時的發(fā)熱》（GB 763—1990）相關要求：“10 kV高壓開關柜額定最高溫度為75 ℃，長時間高溫作業(yè)下，容易導致連接部位松動，嚴重情況下將發(fā)生安全事故。”因此，對10 kV高壓開關柜進行實時溫度監(jiān)測顯得尤為重要。

本文主要采用光纖光柵測溫系統(tǒng)對高壓開關柜進行溫度測量，測溫系統(tǒng)工作原理示意圖如圖1所示，其具體工作原理：系統(tǒng)的脈沖光信號主要通過半導體SLD發(fā)出，光信號通過放大器放大后傳送至傳感器，傳感器將接受到的信號返回至光纖中，在光時延線的作用下，形成一系列脈沖序列，隨后依次經(jīng)過光探測器、放大器到達信號控制中心，得到處理過后的脈沖序列，這些序列中包含了設備運行過程中具體的溫度參數(shù)，最后進行數(shù)據(jù)輸出，實現(xiàn)溫度測量工作。

2 光纖光柵測溫系統(tǒng)工程應用實例

本文根據(jù)礦井實際配電情況，在10 kV高壓開關柜中運行溫度測試系統(tǒng)。

2.1? ? 光纖光柵測溫系統(tǒng)作用及特點

光纖光柵測溫系統(tǒng)具備抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、耐輻射等特點，可以在惡劣的環(huán)境中安全運行，除此之外，系統(tǒng)還具有一定的自檢和校準功能，如果系統(tǒng)在運行過程中光纖受損，憑借自檢功能可以準確判斷故障點，將故障信息反饋到計算機后，由計算機進行故障信息的處理，并通過顯示屏進行顯示，工作人員可根據(jù)顯示屏顯示的設備運行參數(shù)進行相關操作。光纖光柵測溫系統(tǒng)特點如下：

（1）系統(tǒng)可對開關觸點進行實時監(jiān)測;

（2）顯示界面顯示了設備運行過程中各參數(shù)的具體狀況，并可繪制相關曲線，及時保存歷史曲線，方便工作人員查看;

（3）顯示界面上不同部位均設有報警提醒，相應位置發(fā)生故障后，顯示界面上的報警會提示故障點名稱;

（4）系統(tǒng)具有持續(xù)性溫度監(jiān)測功能，不僅保留溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，還可實現(xiàn)手機-計算機一體化，工作人員可通過手機查看報警信息;

（5）系統(tǒng)具有一定的可擴展功能，可與礦井消防系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動，當發(fā)生安全事故后，系統(tǒng)可及時關閉防火門及通風機，防止故障范圍繼續(xù)擴大。

2.2? ? 光纖光柵測溫系統(tǒng)安裝

光纖光柵測溫系統(tǒng)的安裝需保證良好的接地性，系統(tǒng)安裝在主控臺位置，監(jiān)測光纖、監(jiān)測主機以及顯示器等設備均安裝在機柜內(nèi)，電源為220 V的交流電，電源主要由站內(nèi)提供，然后輸送給監(jiān)測主機，需保證電源的不間斷供電。

光纖傳感器是溫度監(jiān)測器的核心，其體積較小，主要用于開關觸點、電壓端頭以及母線連接處等部位的監(jiān)測。為了保證監(jiān)測安全性，光纖傳感器禁止安裝在開關的操作部位以及碰撞部位，光纖光柵測溫系統(tǒng)光纖傳感器布置簡圖如圖2所示，從圖中可以看出，光柵傳感器主要安裝在三相靜觸頭處，根據(jù)現(xiàn)場需求，高壓開關柜中共布置了12個光纖傳感器，通過耐高溫的強力粘結(jié)劑將光纖傳感器與靜觸頭連接，為了防止爬電，光纖外露長度需大于2.6 m，為了監(jiān)測結(jié)果準確，高壓柜內(nèi)光纖需進行適當彎曲，保證彎曲半徑大于5 cm，且測溫點爬距必須大于25 cm。

3 光纖光柵測溫系統(tǒng)應用效果

本次應用針對礦井14個10 kV高壓開關柜，共168個測溫點進行了監(jiān)測，每個高壓開關柜有12個光纖傳感器，測量位置主要集中在開關母線、開關CT側(cè)和電纜、線路側(cè)。2019年8月19日測溫系統(tǒng)安裝完成后，一直運行至2020年3月24日，在運行期間各個測點溫度均在正常范圍內(nèi)，測得的數(shù)據(jù)良好，無故障發(fā)生。

光纖光柵測溫系統(tǒng)不僅具有良好的測溫性能，還具有一定的經(jīng)濟效益。根據(jù)礦井統(tǒng)計結(jié)果顯示，自2010年起共發(fā)生過一起高壓開關柜高溫造成的安全事故，高壓開關柜刀閘隔離發(fā)生故障，造成電路保護動作，致使1201開關和2510開關跳閘，最終造成變壓器車柜燒毀，整個高壓開關柜中各個零件均有燒熔變形現(xiàn)象，造成本次事故的主要原因是車柜中彈簧動力不足，在高負荷運行條件下，接觸不良的位置發(fā)熱嚴重，引起放電現(xiàn)象，最終導致了短路及跳閘事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測方法無法實現(xiàn)對接觸部位的監(jiān)測，因此無法掌握設備運行過程中的具體情況，2010年造成的這起安全故障共停電150 h，在停電期間造成供電損失約470萬元，燒毀損壞的設備眾多，直接損失60萬元，累計損失530萬元。此外，斷電造成的停產(chǎn)以及大量設備維修費用均無法估計，損失嚴重。而采用光纖光柵測溫系統(tǒng)可以實現(xiàn)對高壓開關柜各個部件的溫度監(jiān)測，并有及時預警功能，當部件發(fā)生故障后可以及時進行搶修，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具有良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

本文針對礦井井下變電站10 kV高壓開關柜容易發(fā)生的安全事故，采用光纖光柵測溫系統(tǒng)對高壓開關柜各敏感部件進行了溫度監(jiān)測，測試期間，各部件測點溫度均在正常范圍內(nèi)，運行狀況良好，保證了變電站供電系統(tǒng)的正常運行，具有良好的經(jīng)濟效益，該系統(tǒng)值得大力推廣。

[參考文獻]

[1] 韓玉蘭，蘆興，路燦，等.高壓開關柜隔離觸頭溫度紅外檢測系統(tǒng)的研制[J].高壓電器，2008，44（6）：578-581.