10-35kV断路器触头在线测温国内外研究现状分析

10-35kV断路器触头在线测温国内外研究现状分析

李进

（云南电网有限责任公司昆明供电局云南省昆明市650011）

摘要：为了保证电力系统的安全运行，电力系统热故障诊断受到人们的普遍重视，高压母线在过负荷运行或高压开关的触头接触不良时，因接触电阻变大，在负载电流流过时会产生发热现象，此发热现象引起绝缘老化甚至击穿，从而引发短路，形成重大事故，造成重大经济损失，基于上述原因分析了断路器触头发热原因及危害，同时分析了触头温升在线监测装置国内外现状及使用应注意事项。

关键词：断路器、触头、故障

引言

为了保证电力系统的安全运行，电力系统热故障诊断受到人们的普遍重视，高压母线在过负荷运行或高压开关的触头接触不良时，因接触电阻变大，在负载电流流过时会产生发热现象，此发热现象引起绝缘老化甚至击穿，从而引发短路，形成重大事故，造成重大经济损失。

在采用电力电缆输配电的供电系统中，有统计表明，90％以上的电缆运行故障是由接头故障引发的，接头接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高，是引发故障的主要原因。北京电科院调查和统计表明：整个90年代中国电力系统配电电压等级开关事故中温升故障占到8.9%，因此，检测和监视高压开关触点、母线和高压电缆接头的温度，提前发现和排除热故障隐患，对电力系统的安全可靠运行具有非常重要的意义。

1触头过热产生的主要原因

在用电紧张、负荷增长迅速的情况下，10kV～35kV开关柜往往由于制造或使用上的原因，造成触头的温度异常上升。如果不及时发现，不及时维护，有时会造成严重的设备事故。由这种原因造成的恶性事故在国内时有发生（见图1）。为了防止触头温升异常造成的开关爆炸等恶性事故，国内一些厂家和运行单位经常会采用一些如变色片、红外热成像诊断来监测触头、母线等其它部位的温升。但是，这些方法由于存在偏差大、不可远传或无法直接观测发热点等缺陷，不能有效地作为一种预防措施来推广。

根据电力工业技术进步的要求，开关柜正在向智能化、免维护、具备自诊断功能的方向发展，由原来的定期检修向状态检修技术发展。本项目研究的目的是研制一种经济、实用的触头温升在线监测装置，在不降低原有设备绝缘性能的前提下，解决触头异常温升的监测报警问题。这种装置既要经济实用，不能大幅度提高开关柜的成本，又要便于新设备的安装和老设备的改造，提高开关设备运行的安全性、可靠性，减少恶性事故发生。

图1断路器触头严重烧蚀现场图

2电气过热产生的主要危害

（1）由于弹性变差，接触电阻增大所引起的电气发热，如高压开关柜动静触头接触处；

（2）引流线连接处氧化或松动引起的电气发热；

（3）

电弧性接地短路；

（4）电力电缆绝缘老化、损伤、电缆头发热；

（5）用电负荷增大致使线路过载；

（6）线路谐波电流增加引起中线过载；

（7）施工质量潜伏下来的隐患，造成接触不良、绝缘破损；

（8）电网暂态过电压沿PE线的传导导致绝缘击穿；

（9）过热的恶性循环过程，使绝缘加速老化；

（10）过热的恶性循环过程，使得接触电阻进一步增大，过热加剧；

（11）火灾之源；

（12）爆炸之源；

（13）电力事故之源。

3国内外研究现状

国内外对于这方面技术的研究，根据传感器和被测对象接触与否，分为接触式测温和非接触式测温两种方法。非接触式测温方法采用热红外检测技术，它是根据物体相对辐射强度和温度之间存在一定的函数关系而制成的,其优点是测量范围大，准确度高,但是在实际应用中由于视角和仪器本身距离系数的限制而存在很大的局限性,红外测温仪的另外一个缺点是需要人工巡检，有时还会收到天气等因素的影响，它无法检测封闭在机柜内的高压开关触点，无法实现高压设备和温度在线检测的一体化集成。接触式测温方法则比较多，主要有以下几种:

3.1非接触红外感应式

利用红外热电堆原理进行光学照准测温，优点：技术先进、测温方式简单，绝缘隔离好。缺点：探头和被测点之间必须通视，只能对准母线室和电缆室定触头连接母排的引出端，间接测量触头温度。安装时每个点要进行机械调校、照准、锁紧，震动或检修碰触时容易将照准点位移而失效。由于只能在母线室和电缆室安装，安装时母线必须停电，一旦送电，以后难以维护、检修。

3.2光纤测温技术

优点：技术先进、测温范围广、精度高。缺点：由于光纤的折弯半径不能过小，还必须保证表面的高压爬距，因此，在柜体内分布安装比较复杂，维护、更换难度较大。每套系统必须配一台光调制解调器（约30~40万元）。当监测的点数较少时，成本偏高。安装的点数越多，价格分摊将越低。只能安装在母线侧，安装、维修时母线必须停电。

3.3定触头瓷套内腔埋入式测温，红外或无线信号传输方式

将热敏传感器及红外或无线发射头安装在定触头根部，接收头与触头的绝缘磁套盒组合安装在一起，靠定触头的一次电流取电，将温度信号向接收端发送，这种方式在开关柜投运前必须安装、调试完毕，当开关柜一旦投运后就没有维修、更换的机会了。除非要等到变压器或进线停电检修。而这个机会非常少，装备在线测温系统的正常维护是必要的，无法维护的装备一般不会受用户欢迎。

3.4温度传感器接触式测温、无线数字传输方式的优越性及技术难点

采用的最新的无线数据通信专用集成电路，温度传感器和无线数据发射电路安装在高电位的发热端，无线接收仪表安装在仪表室的门上，高低压之间的数据传输无任何物理连接，如果生产厂有能力突破几个技术难点的话，这是最理想的方式，主要优点有以下几项：

1.高低压之间的数据无线传输、也无需对准，安装简单，适用范围宽：（适用高压开关额定电流范围630A~4000A），可显示绝对温度或相对温升。但由于开关柜内都是金属隔离结构，对无线电信号有很强的屏蔽和吸收作用，另一方面，为不产生空间电磁干扰，发射功率只能控制在10mW以下，因此，微小功率的无线电波在电柜内穿越屏蔽、可靠通信是一技术难点。

2.必须选用工作温度可达到（军品级）125℃的无线收、发组件，才能解决在高温区域条件下工作的自身可靠性。由于军品级的电路在市场上不易采购，生产厂家一般都用85℃的芯片来替代，用户一般无法识别。在线测温装置在温度升高时自身先失效的可能性就大大增加。

3.手车柜应用在线测温装置时，应将所有的传感组件全部在手车侧的断路器触臂上完成。这样给安装、维护、维修带来很大的方便，安装、维修时只需拉出断路器手车即可，停电范围小，时间短，对于老设备加装、改造在线测温也十分方便。难点是断路器的型号、规格、结构等各不相同，需要有不同的安装夹具、不同的安装工艺来完成，

4.采用小CT方式取母线一次电流供电。这是无线测温装置的一种比较理想的免维护供电方式，但在实际应用中有一定的技术门槛，特别是采用无线方式传输数据时，这种取电方式比电池更容易受到高压柜内的强电场和强磁场的干扰，必须要有精确的技术措施和精密的调试仪器来解决无线通信的可靠性问题，这也是为什么许多用无线方式通信的生产厂家只得采用电池作电源来解决通信可靠性的原因。这些厂家虽然用电池解决了通信问题，但不得不舍弃产品的使用寿命和免维护问题。

另一方面适当选择CT制作的参数也十分重要，要巧妙利用铁磁线圈的饱和特性，既要达到一次额定电流的5%时，其能量就可满足无线传感器的起始工作电源的要求，又要在一次电流满功率运行的情况下小CT发热很小,不影响长期工作的可靠性。

如果上述几点问题都能解决好的话，无线测温就可认为是技术先进、成熟，精度高、可靠性好，免维护性能好、功能强，一套装置在单台柜内可测6个点、9个点、12个点（可选），是经济实用，价格适中的最佳方案。

4选择触点温度在线监测应注意的几个问题

大部分手车式中置柜等，结构紧凑，绝缘间距小，在选择在线检测装置时要考虑安装、维修方便，绝缘可靠，还必须不能降低设备的原有技术和绝缘水平.必须注意在高电位端传感器与转换发射装置的供电电源的可靠性问题

除了光纤测温的传感器外，其他传感器和信号发送装置都需要电源，一般有下列几种方式供电：

（1）电池供电

在高电位端的传感器和信号发送装置用一锂电池供电，这种供电方式不但难以做到实时连续检测，一般6个月至2年要更换电池，使用极不方便，也不可靠。要注意；一般号称可用5~10年的电池，是指理想状态下的应用，当在实际应用时，电池经常是在较高的温度下工作，在这种环境下电池的寿命甚至会大大缩短到1/10。

（2）用专用的高压电容（与高压带电指示传感器安装在一起）分压供电传感器和发送电路与高压端等电位，用这种方式供电虽然可行，但可靠性低。当做耐压试验或电网中发生浪涌和高次谐波时，极易损坏传感器和取样电路。这种供电方式可靠性不高。

（3）采用小CT方式取母线一次电流供电

这是一种比较理想的方式，其特点和应用技术难点在上文已有介绍。

5在线监测装置的安装与可维修问题

高压开关柜必须是有计划停电维修。装置一旦发生故障，在规定的停电时间内必须修复。另一方面，老设备改造安装在线温度监测系统时，也必须考虑安装的快捷可靠，否则，在规定时间内完不成安装任务，就要响停电计划，或者就是特别需要注意的是有些产品是在母线侧安装在线测温传感器和部分电路,这种方式一旦安装后送上电，以后就没有机会维修了。因此，选择产品合适的安装方式，对于以后改造和维护都十分重要。

6结论

在线测温点与发射电路都是安装在可能发生高温的区域,市售的无线通信器件的正常工作温度指标一般只有85℃，当高压触头出现接触不良或负载过重的情况下，其发热温度往往会超过100℃，这时，如果无线测温传感器自身工作不正常了，可以想象那就会给用户带来很大麻烦，因此，处在高温端工作的无线传感器自身的抗高温能力必须要达到军品级的要求（125℃）以上，否则就达不到在线测温的目标要求，这一点很重要的指标往往会被用户忽略，因为，一般情况下在线监测的环境都在常温下，平常一切正常，只有发生问题时才能显现出来，如果只需反映常态，那装和不装也就一样。

7参考文献：

[1]赵海存.高压电缆中间接头故障原因及防范对策[J].跨世纪，2008，7（16）：255.http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kuasj200807202.aspx

[2]武建文，许晶.高压开关在线监测和保护装置的研制[C].西安，2007（106）.http://scholar.ilib.cn/A-%E4%BC%9A%E8%AE%AE%E8%AE%B0%E5%BD%95ID~6470878.html

[3]马潮.AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007

[4]张军.AVR单片机应用系统开发典型实例[M].北京:中国电力出版社，2005

[5]段九州.放大电路实用设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002

[6]康华光.电子技术基础模拟部分[M].北京：高等教育出版社，2001：227-237

[7]曹尉青,韩冰.利用GSM短消息实现远程监控[J],无线电工程，2002，32(10).http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_wxdgc200210010.aspx

[8]孔德恩，胡爱群，张帆．GPRS数据终端的研究与实现[J]．微计算机信息,2007，23(09).http://scholar.ilib.cn/A-QCode~wjsjxx200709043.html

[9]张俊,顾亚平，李军科等．基于SMS短消息传输的远端控制技术及其实现[J]．仪器仪表学报，2003，z2.

http://scholar.ilib.cn/A-%E4%BC%9A%E8%AE%AE%E8%AE%B0%E5%BD%95ID~4703500.html

[10]田裕鹏．红外检测与诊断技术[M]．化学工业出版社，2006，5：13-14，53-58

[11]刘新民，蔡琼，白康生.VisualBasic6.0程序设计[M]，北京：清华大学出版社，2004，3：8-35

作者简介

李进（1986年02月），男，昆明，大学本科，工程师，变电运行邮箱：421921104@qq.com电话：15198706263