一、引言

  電力設(shè)備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)電力設(shè)備進(jìn)行安全運(yùn)營實(shí)時(shí)監(jiān)控成為必要。長期電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)電氣設(shè)備故障 大多是由于大電流運(yùn)行、設(shè)備老化、絕緣水平下降等原因?qū)е略O(shè)備在高溫條件下運(yùn)行，進(jìn)而引發(fā)燃燒，爆炸等嚴(yán)重后果所造成。高壓開關(guān)柜是輸配電重要一次設(shè)備， 其安全運(yùn)行對于電力正常輸送非常重要。

  高壓開關(guān)柜是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷、控制或保護(hù)等作用的電氣產(chǎn)品，高壓開關(guān)柜工作電壓等級在3kV~40.5kV。高 壓開關(guān)柜為金屬封閉開關(guān)設(shè)備，在正常工作時(shí)，不允許打開金屬封閉門，所有電氣連接點(diǎn)均位于高壓開關(guān)柜中。由于開關(guān)柜內(nèi)部工作電壓高，且正常使用中不能隨意 斷電，所以安裝于高壓開關(guān)柜內(nèi)部的測溫系統(tǒng)，需要更高的電氣絕緣性，日常使用中的應(yīng)減少維護(hù)量。

  因此，高壓開關(guān)柜加裝安全、實(shí)時(shí)、少維護(hù)、全方位測溫系統(tǒng)既是設(shè)備自身標(biāo)準(zhǔn)，也是符合實(shí)際用戶需求，同時(shí)，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的必然要求!

二、電氣設(shè)備測溫技術(shù)比較

  目前，用于電氣設(shè)備的測溫技術(shù)主要有以下方法：紅外測溫技術(shù)、光纖傳感測溫技術(shù)、有源無線測溫技術(shù)、無源無線測溫技術(shù)。

  (1)紅外測溫技術(shù)

  紅外線測溫技術(shù)是通過吸收紅外線輻射能量，測量出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布，從而判斷設(shè)備的發(fā)熱情況。該方法只可測量在傳感器直視范圍內(nèi)的測量點(diǎn)溫度，無法適用于針對開關(guān)柜內(nèi)部的斷路器觸頭溫升的測量。

  (2)光纖傳感測溫技術(shù)

  光纖傳感測溫技術(shù)是依據(jù)光纖的光時(shí)域反射(OTDR)原理以及光纖的后向喇曼散射(Raman scattering)溫度效應(yīng)。該技術(shù)組成的元件具有 結(jié)構(gòu)簡單、耐腐蝕、小巧、測量靈敏度高等特點(diǎn)，而且不受電磁干擾影響，但開關(guān)柜內(nèi)安裝不易，裝置成本較貴，經(jīng)濟(jì)性差。同時(shí)，通過光纖隔離存在著沿面放電問 題，需要有較長的沿面爬電距離。

  (3)有源無線測溫技術(shù)

  有源無線測溫技術(shù)的原理是通過單片帶微處理器的傳感器將被測設(shè)備溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過無線發(fā)射模塊傳遞至接收器，接收器處理后將采集到的溫度 信息上傳到后臺顯示系統(tǒng)，該方法也是目前高壓開關(guān)柜實(shí)時(shí)測溫的主要方法。該技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、小巧，可安裝于任何位置，但該技術(shù)必須采用電池供電或CT取電， 無法做到高低壓分離。電池供電方式需要定期更換電池，并且電池自身存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)，維護(hù)量大;CT取電對電流大小有要求，電流波動(dòng)大對測量精度影響較 大，CT取電方式存在安裝難度大的缺點(diǎn)。

  (4)無源無線測溫技術(shù)

  無源無線測溫技術(shù)主要是利用了聲表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)技術(shù)，具體原理就是將射頻信號發(fā)射到溫度傳感器的壓電材 料表面，然后將受到溫度影響了的反射波再接收回來轉(zhuǎn)換成電信號，從而獲取溫度數(shù)據(jù)。該技術(shù)利用了晶體材料的物理特性，無需常規(guī)供電電路，徹底解決了高低壓 分離的難題。該技術(shù)具有高低壓分離、安裝方便、測溫時(shí)間短、傳感器免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

三、無源無線測溫需要解決的問題

  以上對比可以看出，無源無線測溫技術(shù)應(yīng)該是高壓開關(guān)柜測溫的最佳選擇。國外一些廠家可以生產(chǎn)基于聲表面波的溫度傳感器和溫度分析器，但都未在國內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。那么，是什么原因制約著該技術(shù)在開關(guān)柜測溫領(lǐng)域的應(yīng)用。

  首先，該技術(shù)是利用了晶體材料的物理特性，無法像有源無線方式對傳感器進(jìn)行地址編碼，只能通過對傳感器的相應(yīng)響應(yīng)中心頻率進(jìn)行區(qū)分，這需要對傳感器進(jìn)行分頻設(shè)計(jì)，這對傳感器生產(chǎn)工藝有較高要求。另外，還需要防止同頻率傳感器的相互干擾。

  其次，該技術(shù)使用的射頻信號，高壓開關(guān)柜接地良好，能夠屏蔽外界干擾信號，但是相鄰高壓開關(guān)柜之間通常使用同一根主母排，而射頻信號具有趨附效應(yīng)，傳感器發(fā)射回來的射頻信號會沿著主母排表面?zhèn)鬏數(shù)狡渌_關(guān)柜內(nèi)，從而影響測量。

  另外，傳感器反射信號相比發(fā)射信號強(qiáng)度至少小60dB以上，如何防止發(fā)射信號對其他溫度分析器的干擾也是一個(gè)難題，必須做到高速、有效的分時(shí)工作。

四、無源無線測溫新進(jìn)展

  目前，采用在開關(guān)柜主母排加裝一種能夠吸收射頻信號的新型材料，能夠有效吸收來自于相鄰或相隔開關(guān)柜的射頻信號。將這種新型材料與陶瓷材料融合在一起所 組成的吸波材料，一方面可以具有與陶瓷材料相近的絕緣性能，另一方面相鄰開關(guān)柜的射頻信號經(jīng)過該材料后強(qiáng)度衰減一個(gè)量級以上，有效克服了相鄰或相隔開關(guān)柜 之間的射頻信號干擾。目前該方案已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于開關(guān)柜中，能夠?qū)崿F(xiàn)多臺開關(guān)柜全部實(shí)現(xiàn)有效無源無線測溫。

五、總結(jié)

  高壓開關(guān)柜安裝測溫裝置是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足客戶要求，符合智能電網(wǎng)的發(fā)展方向，無源無線測溫技術(shù)是高壓開關(guān)柜測溫最佳選擇。無源無線測溫系統(tǒng)需要解決 傳感器分頻、射頻信號的屏蔽與吸收、射頻信號分時(shí)工作等問題。目前采用一種全新的吸波材料能夠有效解決多臺共母排開關(guān)柜間無源無線測溫中遇到的干擾問題， 使具有高低壓分離、安裝方便、測溫時(shí)間短、傳感器免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)的無源無線測溫方法得以開關(guān)柜中實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用。