關于“溫度在線監(jiān)測”技術在電氣火災預防方面的應用

　　【 摘 要】本文結合某大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置的實際應用，對電氣設備溫度在線監(jiān)測技術進行了介紹，并重點介紹了射頻溫度監(jiān)測技術在電氣火災預防方面的應用。

　　【 關鍵詞】溫度在線監(jiān)測;電氣設備;火災預防;應用技術

　　隨著我國人民生活水平的日益提高，近年來城市的大型商業(yè)大廈越來越多，其低壓配電系統(tǒng)容量亦越來越大。由于氣候冷熱變化、材料老化、絕緣下降、銹蝕、松動等原因，各類電氣接頭和觸頭，易造成接觸不良、接觸電阻增大，在電流通過時，容易造成發(fā)熱而燒毀設備，引發(fā)電氣火災，雖然系統(tǒng)擁有完善的漏電、過壓、過流、短路等保護措施，但都不能全面解決系統(tǒng)中的局部過熱故障，很多火災事故的發(fā)生都與電氣設備的過熱有關，據(jù)有關調查資料統(tǒng)計，電氣火災約占各種火災總數(shù)的 50%，其中絕大多數(shù)都是因局部過熱引起的。

　　因此， 對電氣設備的故障高發(fā)點與電流進行切實有效的實時監(jiān)控，不僅是電氣系統(tǒng)安全可靠運行的基礎性工作，而且亦能有效預防和控制電氣火災事故的發(fā)生，具有重大的意義。

　　一、溫度在線監(jiān)測技術國內(nèi)外的發(fā)展情況

　　1.紅外測溫技術

　　國外紅外成像儀的工業(yè)化應用是在上世紀 60 年代中期，最早出現(xiàn)是在瑞典。 60 年代我國的東北電力科技改進局、 沈陽電業(yè)局和長春研究所聯(lián)合研制出我國第一代為電力設備探測診斷用的紅外測溫儀，使電力設備的過熱故障和電氣火災事故有了明顯下降，但是在實用中由于不具備掃描功能和儀器本身距離系數(shù)的限制而存在很大的局限性，而且無法直接解決電器設備內(nèi)部溫度的實時監(jiān)測問題;華東電力試驗研究所于上世紀 70 年代末研制成功第二代紅外測溫儀，但因為產(chǎn)品結構笨重、攜帶不便、操作調校復雜、探測中溫度由指針顯示，測溫精度和儀器可靠性也不算高，因此沒有推廣使用。 近些年，隨國內(nèi)外紅外測溫技術的不斷進步，紅外測溫儀精度能夠符合一些場合的需要。 但紅外測量方法的缺陷是可能受局部溫度的影響，不能準確測量到接點的溫度，造成數(shù)據(jù)不準確。 雖然現(xiàn)在紅外測溫儀在國際和國內(nèi)市場占有一些份額，但主要市場是紅外便攜式測溫儀。

　　2.光纖測溫技術

　　針對紅外測溫的紅外成像技術無法使紅外輻射穿透外殼直接監(jiān)測設備內(nèi)部真實溫度的情況，美國路克公司在美國電力研究所(EPRI)的資助下，研制了專為電力系統(tǒng)應用而開發(fā)生產(chǎn)檢測變壓器繞組溫度的熒光光纖測溫裝置，這是一種全新的在線監(jiān)測電器設備內(nèi)部溫度的儀器。 1994 年美國路克公司的光纖測溫儀得到了 ISO9002 認證，質量達到了更高水平，在此基礎上，美國企業(yè)發(fā)展有限公司(Enterprise Marketing Inc.EMI)聯(lián)合中國和美國的電力光學專家于 1994 年開始向中國介紹測發(fā)電機、高壓開關和變壓器等高壓電器設備內(nèi)部熱點溫度的光纖測溫儀，加速了我國光纖測溫技術的研究。光纖測溫法由于光纖具有良好的電氣絕緣性和抗電磁干擾能力，可以將探頭埋設在電力設備內(nèi)部的選定部位，直接測出該點的實際溫度變化，在尋求溫度傳感的其他替換手段的所有的研究活動中，光導纖維的測溫學為最活躍的研究與開發(fā)領域之一。 但光纖測溫系統(tǒng)成本也相對較高，光纖的抗物理損傷能力比較弱，這一特性造成光纖測溫系統(tǒng)的安裝和改造比較麻煩，只適用于抗擾度很高要求的場合。

　　3. 射頻測溫技術

　　上世紀 80 年代，國外開始把射頻技術應用于電力及其配套設備溫度監(jiān)控領域。 由于有成熟的射頻監(jiān)控技術作為技術后盾，射頻測溫發(fā)展十分迅速，在國外射頻測溫技術已比較成熟。國內(nèi)射頻測溫技術從上世紀 80 年代開始研究，在 2001 年后國內(nèi)射頻測溫產(chǎn)品才出現(xiàn)。 如今市場已有一定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，其中代表性的企業(yè)有深圳英唐公司、珠海格瑞公司等。 因為它可對開關柜、電容補償柜、電力電纜、母線橋架、變壓器及重要電氣設備的電纜電流及溫升故障進行實時在線監(jiān)測，有效的預防了電氣設備和火災事故的發(fā)生，同時亦為供電管理部門提供了用電分配決策依據(jù)， 所以，射頻測溫方式得到電力、 石化、交通、鋼鐵等國家重要行業(yè)企業(yè)越來越多的青睞，目前在國內(nèi)一些大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置也開始投用，并在實際應用中取得良好的運行效果。

　　二、溫度在線監(jiān)測技術的比較及應用展望

　　溫度在線監(jiān)測技術是基于微電子、智能監(jiān)測、智能控制等技術上發(fā)展起來的，集微控制系統(tǒng)、自動化、通訊、網(wǎng)絡等一體的高新技術。 我們通過對現(xiàn)行最常用的幾種測溫技術進行比較，并據(jù)此展望其應用前景。

　　1.技術比較

　　現(xiàn)在溫度在線監(jiān)測技術最常用的三種測溫方法各有特點：

　?、?絕緣性

　　光纖本身絕緣性較好，但運行時間長以后，光纖表面受積灰、吸潮影響，存在爬電、短路的隱患，安裝后柜內(nèi)存在多根光纖處于高低電位之間，防污閃能力差是這種測溫方式的最大隱患;紅外測溫方式測溫部件處于低電位，無絕緣隱患，只要距離夠，不受電壓等級影響;射頻測溫方式最大的特點是采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術，直接接觸式測溫，電位通過高頻射頻通訊，隔離徹底，無絕緣隱患。

　　② 測溫范圍

　　在電力設備中， 光纖測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ～125℃ 左右;紅外測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ～ 200℃ 左右;射頻測溫方式的測溫范圍通常為-20℃ ～ 200℃ 左右。

　?、?測溫精度

　　光纖測溫方式的測溫精度通常為± 0.5℃ 左右;射頻測溫方式的測溫精度通常為± 1℃ 左右;紅外測溫方式測量的溫度值由于受電磁干擾強度、環(huán)境溫度、測溫點距離等因素的影響，測得溫度值和實際值偏差相對較大，測溫精度波動較大。

　　④ 安裝方式及其分析

　　光纖測溫通常將光纖直接纏繞在需要測溫高電位的部位，用膠粘的方式固定光纖，一根光纖貫穿所有測溫點;紅外測溫通常將紅外光學探頭直接對準需要測溫部位;射頻測溫通常根據(jù)測溫的部位特點安裝，如采用專用自粘膠帶、不銹鋼金屬扎帶或利用原有母線螺栓固定溫度傳感器和數(shù)據(jù)發(fā)射模塊等方式安裝。

　　光纖測溫方式光纖傳感器直接固定在高電位，時間長了，粘膠有老化脫落的隱患，且光纖彎曲半徑需要在 3CM 以上，不能彎死角，光纖本身材質較脆易斷，施工有一定難度，對測量位于觸頭盒內(nèi)的觸頭溫度，較難實現(xiàn)。

　　紅外測溫方式固定于低電位，安裝牢固、簡便，但探頭與被測點中間不能有隔擋及光學鏡頭有距離要求，因電氣設備型號多、結構復雜，選擇合適的位置及對準測溫點有一定難度，易造成測溫不準。

　　射頻測溫方式根據(jù)測溫的部位特點安裝，直接固定在測溫點，安裝牢固、簡便，測溫位置不受結構影響，可直接裝于觸頭盒內(nèi)的靜觸頭與母線連接處，具有測溫直接、準確的特性。

　　2.應用前景

　　總之，紅外測溫技術更適合對外露點的便攜式測量;光纖測溫技術由于成本較高，且對于設備還存在絕緣隱患，故在應用中有一定的局限性;射頻傳感技術由于存在布線簡單、方便、成本低的特點，該技術已被越來越多的領域應用。隨著該技術的迅猛發(fā)展，體積減小，成本和功耗的逐步減少，射頻測溫技術在各行業(yè)領域的大面積應用已成為必然趨勢。

　　三、射頻測溫技術在某商業(yè)大廈低壓配電系統(tǒng)中的應用調研

　　1.測溫技術的應用背景

　　某商業(yè)大廈是一座現(xiàn)代化的智能商業(yè)、酒店、賓館及辦公大廈，有先進的自動化設備、現(xiàn)代化辦公及通訊設備，高度智能化的管理和控制。建有低壓配電站，擁有數(shù)公里的電纜溝和電纜夾層，開關柜是抽屜式全封閉低壓柜，在運行中暴露出抽屜內(nèi)部電氣元件和開關動靜觸頭處的溫度無法人工監(jiān)測的弊端( 以前開放式的配電間隔可使用測溫槍或試溫片監(jiān)測)，配電系統(tǒng)曾發(fā)生多起開關動靜觸頭和電纜過熱故障，有時故障點溫度超過 100℃ ，差點釀成火災事故，如果僅靠原始的巡檢手段，不能及時發(fā)現(xiàn)隱藏在開關柜內(nèi)部和各處電纜的溫升隱患。因此，　　該商業(yè)大廈決定對低壓配電系統(tǒng)進行溫度在線監(jiān)測改造，以實時監(jiān)測設備安全隱患。

　　2.技術改造方案的選擇

　　經(jīng)過多方調研和對比，選用了采用射頻通訊技術的測溫裝置，之所以選用該技術，原因如下：市場上現(xiàn)有的在線測溫技術基本上有三種— — 光纖、紅外和射頻。光纖技術由于是有線通訊，在配電系統(tǒng)中使用，存在著爬電”的風險，事實上，確實發(fā)生過爬電引發(fā)的短路事故;紅外技術雖是不接觸測溫，但需要通過嚴格定位測量測點的溫度，各種因素致使測溫嚴重不準，更重要的是，與射頻測溫技術相比，改造難度較大，可維修性較差 ( 有時需要母線停電，甚至還受空間限制);而射頻測溫技術，通常安裝方式只需將溫度傳感器緊貼在測溫點處，用專用的高壓自粘扎帶將其緊緊固定安裝在測溫點處，如：開關觸頭的根部，電纜的進出線接頭、電容器的表面等，安裝方便，維修方便( 無需停電)，同時也克服了 “ 爬電”的風險。

　　① 現(xiàn)場監(jiān)測儀器

　　在該商業(yè)大廈配電站值班室設工控機和數(shù)據(jù)集線器，檢測到的各點溫度、電流通過數(shù)據(jù)集線器集中直接上傳到后臺工控機上，通過瀏覽工控機顯示屏的顯示界面，管理人員可直觀方便地觀察各個電氣接點當前的溫度數(shù)據(jù)、電流值及歷史報警事件記錄等數(shù)據(jù)信息，可同時處理 600 多個電氣接點溫度的實時溫度數(shù)據(jù)。并在工控機上預留通訊接口，將全部檢測的溫度數(shù)據(jù)及電流值與火災報警系統(tǒng)相聯(lián)動。

　?、?信號采集

　　信號采集由溫度接收模塊、溫度采集發(fā)射模塊組成，模塊外殼采用高強度防火工程塑料，其溫度范圍 0℃ -150℃ ，模塊內(nèi)部加注樹脂膠，擁有優(yōu)秀的絕緣、防水、防氣、防腐能力。 采用先進的微電子技術、無線射頻通訊技術，將各測溫/電流采集模塊與發(fā)射模塊巧妙地結合在一起，收發(fā)射模塊選用無線高頻載波方式，一個接收模塊可同時接收 1-12 個發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)，通信距離最遠可達 100m。 溫度采集發(fā)射模塊安裝方便，只需將無線感溫傳感器直接安裝于電纜接頭處外層和斷路器觸頭處，本模塊具有完全的電氣隔離和在強磁干擾、環(huán)境惡劣的地方正常工作的能力。

　　3.實施效果評價

　　該商業(yè)大廈此項改造主要應用于電氣低壓系統(tǒng)的開關觸頭及電纜接頭處，對各層面 600 多處有可能產(chǎn)生異常溫升故障點安裝了無線感溫傳感器，并使系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)實行相聯(lián)動。項目實施運行后，產(chǎn)品質量可靠，測溫效果良好，能實時監(jiān)　測電氣設備的溫度，及時發(fā)現(xiàn)電氣設備溫升隱患，為預防電氣火災的發(fā)生提供了一個有效的監(jiān)控手段。

　　電氣火災往往都是因電氣設備的溫度異常引發(fā)的，電氣設備在額定狀態(tài)或正常狀態(tài)下，其產(chǎn)生與散發(fā)的熱量應處于動態(tài)平衡狀態(tài)，不應該出現(xiàn)危險的過熱現(xiàn)象，但隨著設備絕緣老化或接觸電阻增大等原因，難免出現(xiàn)過熱溫升，進而引發(fā)電氣火災的發(fā)生，事前監(jiān)控預防尤為重要。射頻溫度在線監(jiān)測技術安全性好，可靠性高，安裝方便，成本低廉，可為大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和預防電氣火災提供一個有效的保證手段。