维普资讯 http://www.cqvip.com 莱钢科技 ２００７年８月 变电站开关柜在线温度状态监测 刘培恩 徐 霞 尹 庆 何敬国 郝继鑫 （动力部） 摘 要：目前变电站选用开关柜大多是封闭式结构，对开关柜内各关键点温度监测较为困难。介绍了光 纤光栅在线测温技术原理、方案、特点以及在３５ ｋＶ封闭式开关柜中的应用。 关键词：开关柜在线监测温度光纤光栅 Ｏｎ－ｌｉｎｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｓｗｉｔｃｈ Ｂｏｘ Ｌｉｕ Ｐｅｉ，ｅｎ Ｘｕ Ｘｉａ Ｙｉｎ Ｑｉｎｇ Ｈｅ Ｊｉｎｇｇｕｏ Ｈａｏ Ｊｉｘｉｎ （Ｔｈｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｅｐｔ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｓｗｉｔｃｈ ｂｏｘｅｓ ａｒｅ ｃｌｏｓｅ—ｔｙｐｅ ＳＯ ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｉｆｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｅａｃｈ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ． Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｐｌａｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ａｎｄ ｇｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｍ ｉｎ ３５ ｋＶ ｃｌｏｓｅ—ｔｙｐｅ ｓｗｉｔｃｈ ｂｏｘｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｗｉｔｃｈ ｂｏｘ；Ｏｎ—ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ；ｇｒａｔｉｎｇ １ 前言 度在线监测仪内部光源发出连续的宽带光，经光缆 传输到监测现场布设的光纤光栅温度传感器，这些 目前对电气开关柜、高压电缆及接头、大电流接 传感器内部的测量敏感元件——光纤光栅对该宽带 点等易发热部位的监测手段大多采用手持式红外线 光有选择地反射回相应的一个窄带光，经同一传输 测温仪定期进行，而大部分高压开关柜属封闭式结 光缆返回到光纤温度在线监测仪内部探测器来测定 构，柜内高压电缆、母排连接点、刀闸触点等易发热 出各个传感器所返回的不同窄带光的中心波长，从 位置的温度均须打开后盖板监测，破坏安全性能，危 而解析出各监测点的温度值。由于多个传感器所返 及值班人员人身安全，因此变电站内封闭式开关柜 回的窄带光信号中心波长范围不同，可以将这些传 难以实现安全准确测温，造成柜内设备缺乏跟踪监 感器串接组网实现多点同时测量，大大简化了传感 测手段，不能及时发现柜内设备发热点，设备的安全 器及引出线的布设，避免了以往逐点测量的不便。 可靠性得不到有效保证。 封闭式开关柜安装在线监测装置能够实现柜对内 发热部位的准确、及时检测，实现对设备动态监控，及 时发现和处理设备隐患，防止隐患扩大。同时具有局 域网络接口，可与管理网络相连，实现信息共享。 ２ 系统结构和工作原理 ２．１ 系统结构 图１为开关柜监测简化结构图。 ２．２光纤光栅测温系统工作原理 匝圃匝 光纤光栅测温系统由光纤光栅温度传感器、单 图１ 开关柜监测简化结构图 模光缆（用于远距离信号传输）、光纤温度在线监测 ３ 方案简介 仪及计算机终端等设备组成。系统工作时，光纤温 以银山变电站３５ ｋＶ开关柜为例 作者简介：刘培恩（１９６６一），男，１９８８－年毕业于湖南大学电力系统及 ３．１总体监测方案 其自动化专业。现为动力部高级工程师，主要从事电气设备管理工作。 （１）采用光纤光栅温度传感器和光纤温度在线 ３１ 维普资讯 http://www.cqvip.com 刘培恩。等：变电站开关柜在线温度状态监测 第４期（总第１３０期） 监测仪对测温点进行准分布式温度实时监测。 （２）设置１个监测站：通过沿变电站开关柜的 排列布设监测光缆。 （３）沿被监测电缆并行布设一根监测光缆，每间 隔两台开关柜从监测光缆引出１根传输光纤，在用一 分二的光纤分线盒分出两根光纤，每根光纤在由一分 九的光纤分线盒，分别引出９根光纤，每一根上连接１ ４主要技术指标 测温范围：一４０℃～＋２００ ｏＣ 所有监测点测量时问：＜１ Ｓ 测温精度：±０．５℃ 测温分辨率：０．１ ｏＣ 光纤传输距离：２０ ｋｍ 测温主机使用环境温度：一１０～５０℃ 个温度传感器，每面开关柜在上刀闸、下刀闸、出线电 缆头安装９只温度传感器进行温度检测。银山３５ ｋＶ 新站有１６面开关柜，安装１４４个温度传感器。 （４）系统测温分辨率为０．１。Ｃ，系统所有监测点 的单次测量时问小于１Ｓ。 ３．２详细说明 （１）沿被监测开关柜并行布设一根８芯监测光 缆，每间隔两台开关柜从监测光缆的其中１根光纤 各自引出１８个光纤光栅温度传感器，分别对两台开 关柜共１８个测点进行监测。 （２）８芯监测光缆中的每根光纤都可以通过串 接的方式最多引出２４个光纤光栅温度传感器，连接 到Ｅｓａｆｅｌ０００型光纤温度在线监测仪的１个通道进 行监测。由此，８芯监测光缆中的８根光纤就可以 引出１９２个光纤光栅温度传感器对ｌ６台开关柜共 １４４个测点同时进行监测，并有很大的容余。 （３）每个开关柜里有上下６个静触头以及３个 出线的电缆接头需要监测，这９个触头用星型方式 相连，可防止相互问爬电，有效的增加安全性，消除 系统本身所带来的不安全隐患。 （４）安装部位见图３。 １一二次控制电缆通道；２一继电器及小母线室： ３一排气通道；４一二次端予室；５一短路器手车； ６一手车室；７一主母线室；８一吊盘；９一绝缘活门； １０一接地及手车导正装置；ｌ１一下隔离触头室； １２一接地开关；１３一接地母线；１４一进线及电缆头室 图３安装部位 ３２ 测温主机保存环境温度：一３０ ７０℃ 测温主机使用环境湿度：０％一８０％（无凝露） 测温主机存储环境湿度：０％一９５％（无凝露） 使用环境：无腐蚀性气体 抗振动性能：５～５０ Ｈｚ（５ ｒａｉｎ往复） 抗冲击性能：２０ ｋＧ １１ ｍｓ ３方向进行 抗干扰性能：１ ｋＶ １ ｔｘＳ脉冲 传感器：防水、防电、防尘、防潮、防震 测温主机电源要求：１８０～２７０ Ｖ，５０±５ Ｈｚ 隔离：无需 ５ 系统特点与效益分析 ５．１ 系统特点 （１）实现设备由于过热产生故障的早期预测， 防患于未然。发生过热故障时，系统能提供报警并 准确定位过热位置，指导检修工作。 （２）直观显示电缆接头、设备、母线温度的 具体位置及名称，实时连续的温度监测。保存历史 数据，作为运行经验的积累和事故分析的依据。 （３）具有局域网络接口，可与站内的管理网 络相连，实现信息共享，连结站内局域网的计算机 可同样具有温度显示和报警功能，安装于主控室的 主机和连网的计算机能够自动显示相应的报警提 示。 （４）光纤温度在线监测监控系统具有精度高、 数据传输及读取速度快、自适应性能好、检测故障 准确直观等优点，实现了传统式温度测量无法实现 的诸多功能和现场无法解决的问题。 （５）系统设备操作简单，温度传感器防水、 防电、防尘、防震，可适应恶劣环境工作。系统具 有故障在线诊断功能。可显示每个温度传感器的使 用情况，监视每个传感器是否处于正常工作状态或 断路状态，并对断路位置进行报警。 （６）用户可根据需要通过系统对每个温度传 感器设定不同的报警温度。当温度（下转第３４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 石光玉。等：新型孔洞式全热滑轨技术在推钢式加热炉上的应用 第４期（总第１３０期） 上投人使用，实践表明对解决“黑印”现象效果 明显。它通过采取多项新工艺技术改进现有滑轨。 首先，采用高温性能优异的材料，按加热炉内 的区域，接触部位随着钢坯行进，离开滑块后，外 于悬空状态而获得加热，同一区域与滑块接触时间 度有了良好的提升。 滑块两侧包覆着耐火材料对保证滑块效果及其 各区段工作温度的不同，在高温段采用ＣｒＮｉＷ合 金材料，在中温段采用ＣｒＮｉＲｅ合金，低温段采用 ＣｒＮｉ合金。滑块仍采用简单可靠的焊接安装工艺。 使用寿命有着至关重要的作用。从图中可以看到， 由于滑块加高，包扎材料角度增加，这样剥落的氧 化铁皮不易堆积，最大限度地克服了不利的遮蔽效 滑块高度由原来的７６ ｍｍ提高到１２０ ｍｍ，同时在 滑块上增加布置了一定数量不同直径的孔洞（图 应，直接改善了钢坯下表面与滑轨接近部位的加热 １）。孔洞的布置显著缩减了由滑块顶面向底部的 条件。 传热通道面积，同时孔洞中流通的高温炉气大大增 加了滑块上部的温度。这样滑块顶部与炉气环境温 ４ 结论 度大为接近，最高温度近１１５０～１２００℃，使其与 孔洞式全热滑轨技术投人使用后，体现出优异 钢坯间温差大为减少。缩短了６０％，大大改善这 的使用性能，它以高耐热合金材料技术为基础，合 些部位的加热，使其温 理运用相关工艺技术手段，针对性的解决钢坯下表 承净 睹 面与水冷区域接触区域加热条件差、冷却损失热大 的问题，提高了产能和加热质量，为轧机运行提供 了良好的条件。且技术产品稳定可靠，投资回收期 短，在推钢式加热炉上具上很好的推广意义。 参考文献 图１炉内滑坡布置示意图 其次，在安装位置布置上，采用偏置错列的方 ［１］王秉铨主编．工业炉设计手册．北京：机械工业出版社， 式，并调整加大滑块间的距离，这样，钢坯运行中 １９９６． 与滑轨接触部位不再是固定的区域，而是交替变换 特邀编辑：王化巨 “＋ｎ＋”＋．．＋…－４－＋“＋”＋．．＋“＋“＋“—。＋－”＋“＋ ＋”— （上接第３２页）达到预定值时，系统声光报警， 号，因而监测不受电磁干扰，系统稳定可靠，充分 显示故障电缆头位置，并且可以通过自动呼叫系统 保障系统的安装不会降低被测设备的绝缘耐压等级 （发送手机短信或打电话）通知有关人员，短信内 和安全性。 容显示故障相关信息。系统可根据开关柜及电缆头 ５．２效益分析 温度正常与否进行分析判断，根据温度变化趋势对 （ｉ）提升供电设备故障诊断检测技术水平， 可能出现的事故进行报警，具有超温报警、温升异常 及时发现和消除设备隐患，避免电气设备隐患扩 报警、越限事故自动记录打印以及事故追忆功能。 大。 （７）系统可生成各个监测点的温度实时及历 （２）在线测温可避免人工设备点检带来的人 史趋势图，同时可根据操作人员需要生成各类图形 身安全隐患，对实现安全本质化有重要意义。 和统计报表。可以实现实时或召唤打印报警事件及 （３）变电站每年均因电气过热而发生多次事 指定的各类图形和统计报表。日文读书据按秒记录 故，严重影响热线生产，在线温度状态检测帮助诊 并显示相应的温度变化曲线，日温度变化曲线保存 断人员动态掌握设备温度变化趋势，及时发现和消 一年，如有必要可拷贝到其他存储介质中。 除设备过热隐患，减少事故停电损失。 （８）安全稳定。温度传感器本身为无源器件， （４）避免事故停，同时还有着极其重要的社 仅对温度敏感，不受振动、冲击、位移、潮湿、电 会效益。 场和磁场等因素的影响，温度监测及传送均为光信 特邀编辑：王学德