關(guān)于“溫度在線(xiàn)監測”技術(shù)在電氣火災預防方面的應用

　　關(guān)于“溫度在線(xiàn)監測”技術(shù)在電氣火災預防方面的應用

　　【 摘 要】本文結合某大型商業(yè)大廈配電系統溫度在線(xiàn)監測裝置的實(shí)際應用，對電氣設備溫度在線(xiàn)監測技術(shù)進(jìn)行了介紹，并重點(diǎn)介紹了射頻溫度監測技術(shù)在電氣火災預防方面的應用。

　　【 關(guān)鍵詞】溫度在線(xiàn)監測;電氣設備;火災預防;應用技術(shù)

　　隨著(zhù)我國人民生活水平的日益提高，近年來(lái)城市的大型商業(yè)大廈越來(lái)越多，其低壓配電系統容量亦越來(lái)越大。由于氣候冷熱變化、材料老化、絕緣下降、銹蝕、松動(dòng)等原因，各類(lèi)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(guò)時(shí)，容易造成發(fā)熱而燒毀設備，引發(fā)電氣火災，雖然系統擁有完善的漏電、過(guò)壓、過(guò)流、短路等保護措施，但都不能全面解決系統中的局部過(guò)熱故障，很多火災事故的發(fā)生都與電氣設備的過(guò)熱有關(guān)，據有關(guān)調查資料統計，電氣火災約占各種火災總數的 50%，其中絕大多數都是因局部過(guò)熱引起的。

　　因此， 對電氣設備的故障高發(fā)點(diǎn)與電流進(jìn)行切實(shí)有效的實(shí)時(shí)監控，不僅是電氣系統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(xiàn)監測技術(shù)國內外的發(fā)展情況

　　1.紅外測溫技術(shù)

　　國外紅外成像儀的工業(yè)化應用是在上世紀 60 年代中期，最早出現是在瑞典。 60 年代我國的東北電力科技改進(jìn)局、 沈陽(yáng)電業(yè)局和長(cháng)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(guò)熱故障和電氣火災事故有了明顯下降，但是在實(shí)用中由于不具備掃描功能和儀器本身距離系數的限制而存在很大的局限性，而且無(wú)法直接解決電器設備內部溫度的實(shí)時(shí)監測問(wèn)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(méi)有推廣使用。 近些年，隨國內外紅外測溫技術(shù)的不斷進(jìn)步，紅外測溫儀精度能夠符合一些場(chǎng)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(diǎn)的溫度，造成數據不準確。 雖然現在紅外測溫儀在國際和國內市場(chǎng)占有一些份額，但主要市場(chǎng)是紅外便攜式測溫儀。

　　2.光纖測溫技術(shù)

　　針對紅外測溫的紅外成像技術(shù)無(wú)法使紅外輻射穿透外殼直接監測設備內部真實(shí)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(zhuān)為電力系統應用而開(kāi)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(xiàn)監測電器設備內部溫度的儀器。 1994 年美國路克公司的光纖測溫儀得到了 ISO9002 認證，質(zhì)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(xué)專(zhuān)家于 1994 年開(kāi)始向中國介紹測發(fā)電機、高壓開(kāi)關(guān)和變壓器等高壓電器設備內部熱點(diǎn)溫度的光纖測溫儀，加速了我國光纖測溫技術(shù)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部的選定部位，直接測出該點(diǎn)的實(shí)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(dòng)中，光導纖維的測溫學(xué)為最活躍的研究與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域之一。 但光纖測溫系統成本也相對較高，光纖的抗物理?yè)p傷能力比較弱，這一特性造成光纖測溫系統的安裝和改造比較麻煩，只適用于抗擾度很高要求的場(chǎng)合。

　　3. 射頻測溫技術(shù)

　　上世紀 80 年代，國外開(kāi)始把射頻技術(shù)應用于電力及其配套設備溫度監控領(lǐng)域。 由于有成熟的射頻監控技術(shù)作為技術(shù)后盾，射頻測溫發(fā)展十分迅速，在國外射頻測溫技術(shù)已比較成熟。國內射頻測溫技術(shù)從上世紀 80 年代開(kāi)始研究，在 2001 年后國內射頻測溫產(chǎn)品才出現。 如今市場(chǎng)已有一定的產(chǎn)業(yè)化規模，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(kāi)關(guān)柜、電容補償柜、電力電纜、母線(xiàn)橋架、變壓器及重要電氣設備的電纜電流及溫升故障進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，有效的預防了電氣設備和火災事故的發(fā)生，同時(shí)亦為供電管理部門(mén)提供了用電分配決策依據， 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(lái)越多的青睞，目前在國內一些大型商業(yè)大廈配電系統溫度在線(xiàn)監測裝置也開(kāi)始投用，并在實(shí)際應用中取得良好的運行效果。

　　二、溫度在線(xiàn)監測技術(shù)的比較及應用展望

　　溫度在線(xiàn)監測技術(shù)是基于微電子、智能監測、智能控制等技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，集微控制系統、自動(dòng)化、通訊、網(wǎng)絡(luò )等一體的高新技術(shù)。 我們通過(guò)對現行最常用的幾種測溫技術(shù)進(jìn)行比較，并據此展望其應用前景。

　　1.技術(shù)比較

　　現在溫度在線(xiàn)監測技術(shù)最常用的三種測溫方法各有特點(diǎn)：

　?、?絕緣性

　　光纖本身絕緣性較好，但運行時(shí)間長(cháng)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(wú)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(diǎn)是采用無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)，直接接觸式測溫，電位通過(guò)高頻射頻通訊，隔離徹底，無(wú)絕緣隱患。

　?、?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(diǎn)距離等因素的影響，測得溫度值和實(shí)際值偏差相對較大，測溫精度波動(dòng)較大。

　?、?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(diǎn);紅外測溫通常將紅外光學(xué)探頭直接對準需要測溫部位;射頻測溫通常根據測溫的部位特點(diǎn)安裝，如采用專(zhuān)用自粘膠帶、不銹鋼金屬扎帶或利用原有母線(xiàn)螺栓固定溫度傳感器和數據發(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(shí)間長(cháng)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(zhì)較脆易斷，施工有一定難度，對測量位于觸頭盒內的觸頭溫度，較難實(shí)現。

　　紅外測溫方式固定于低電位，安裝牢固、簡(jiǎn)便，但探頭與被測點(diǎn)中間不能有隔擋及光學(xué)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(diǎn)有一定難度，易造成測溫不準。

　　射頻測溫方式根據測溫的部位特點(diǎn)安裝，直接固定在測溫點(diǎn)，安裝牢固、簡(jiǎn)便，測溫位置不受結構影響，可直接裝于觸頭盒內的靜觸頭與母線(xiàn)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(shù)更適合對外露點(diǎn)的便攜式測量;光纖測溫技術(shù)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(shù)由于存在布線(xiàn)簡(jiǎn)單、方便、成本低的特點(diǎn)，該技術(shù)已被越來(lái)越多的領(lǐng)域應用。隨著(zhù)該技術(shù)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(shù)在各行業(yè)領(lǐng)域的大面積應用已成為必然趨勢。

　　三、射頻測溫技術(shù)在某商業(yè)大廈低壓配電系統中的應用調研

　　1.測溫技術(shù)的應用背景

　　某商業(yè)大廈是一座現代化的智能商業(yè)、酒店、賓館及辦公大廈，有先進(jìn)的自動(dòng)化設備、現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，擁有數公里的電纜溝和電纜夾層，開(kāi)關(guān)柜是抽屜式全封閉低壓柜，在運行中暴露出抽屜內部電氣元件和開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭處的溫度無(wú)法人工監測的弊端( 以前開(kāi)放式的配電間隔可使用測溫槍或試溫片監測)，配電系統曾發(fā)生多起開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭和電纜過(guò)熱故障，有時(shí)故障點(diǎn)溫度超過(guò) 100℃ ，差點(diǎn)釀成火災事故，如果僅靠原始的巡檢手段，不能及時(shí)發(fā)現隱藏在開(kāi)關(guān)柜內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進(jìn)行溫度在線(xiàn)監測改造，以實(shí)時(shí)監測設備安全隱患。

　　2.技術(shù)改造方案的選擇

　　經(jīng)過(guò)多方調研和對比，選用了采用射頻通訊技術(shù)的測溫裝置，之所以選用該技術(shù)，原因如下：市場(chǎng)上現有的在線(xiàn)測溫技術(shù)基本上有三種— — 光纖、紅外和射頻。光纖技術(shù)由于是有線(xiàn)通訊，在配電系統中使用，存在著(zhù)爬電”的風(fēng)險，事實(shí)上，確實(shí)發(fā)生過(guò)爬電引發(fā)的短路事故;紅外技術(shù)雖是不接觸測溫，但需要通過(guò)嚴格定位測量測點(diǎn)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(shù)相比，改造難度較大，可維修性較差 ( 有時(shí)需要母線(xiàn)停電，甚至還受空間限制);而射頻測溫技術(shù)，通常安裝方式只需將溫度傳感器緊貼在測溫點(diǎn)處，用專(zhuān)用的高壓自粘扎帶將其緊緊固定安裝在測溫點(diǎn)處，如：開(kāi)關(guān)觸頭的根部，電纜的進(jìn)出線(xiàn)接頭、電容器的表面等，安裝方便，維修方便( 無(wú)需停電)，同時(shí)也克服了 “ 爬電”的風(fēng)險。

　?、?現場(chǎng)監測儀器

　　在該商業(yè)大廈配電站值班室設工控機和數據集線(xiàn)器，檢測到的各點(diǎn)溫度、電流通過(guò)數據集線(xiàn)器集中直接上傳到后臺工控機上，通過(guò)瀏覽工控機顯示屏的顯示界面，管理人員可直觀(guān)方便地觀(guān)察各個(gè)電氣接點(diǎn)當前的溫度數據、電流值及歷史報警事件記錄等數據信息，可同時(shí)處理 600 多個(gè)電氣接點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)溫度數據。并在工控機上預留通訊接口，將全部檢測的溫度數據及電流值與火災報警系統相聯(lián)動(dòng)。

　?、?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℃ ，模塊內部加注樹(shù)脂膠，擁有優(yōu)秀的絕緣、防水、防氣、防腐能力。 采用先進(jìn)的微電子技術(shù)、無(wú)線(xiàn)射頻通訊技術(shù)，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(wú)線(xiàn)高頻載波方式，一個(gè)接收模塊可同時(shí)接收 1-12 個(gè)發(fā)射模塊的數據，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(wú)線(xiàn)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(shí)施效果評價(jià)

　　該商業(yè)大廈此項改造主要應用于電氣低壓系統的開(kāi)關(guān)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(diǎn)安裝了無(wú)線(xiàn)感溫傳感器，并使系統與火災報警系統實(shí)行相聯(lián)動(dòng)。項目實(shí)施運行后，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，測溫效果良好，能實(shí)時(shí)監　測電氣設備的溫度，及時(shí)發(fā)現電氣設備溫升隱患，為預防電氣火災的發(fā)生提供了一個(gè)有效的監控手段。

　　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(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，不應該出現危險的過(guò)熱現象，但隨著(zhù)設備絕緣老化或接觸電阻增大等原因，難免出現過(guò)熱溫升，進(jìn)而引發(fā)電氣火災的發(fā)生，事前監控預防尤為重要。射頻溫度在線(xiàn)監測技術(shù)安全性好，可靠性高，安裝方便，成本低廉，可為大型商業(yè)大廈配電系統的安全穩定運行和預防電氣火災提供一個(gè)有效的保證手段。