關于“溫度在線監測”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大廈配電系統溫度在線監測裝置的實際應用，對電氣設備溫度在線監測技術進行了介紹，并重點介紹了射頻溫度監測技術在電氣火災預防方面的應用。

　　【 關鍵詞】溫度在線監測;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大廈越來越多，其低壓配電系統容量亦越來越大。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，容易造成發熱而燒毀設備，引發電氣火災，雖然系統擁有完善的漏電、過壓、過流、短路等保護措施，但都不能全面解決系統中的局部過熱故障，很多火災事故的發生都與電氣設備的過熱有關，據有關調查資料統計，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熱引起的。

　　因此， 對電氣設備的故障高發點與電流進行切實有效的實時監控，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生，具有重大的意義。

　　一、溫度在線監測技術國內外的發展情況

　　1.紅外測溫技術

　　國外紅外成像儀的工業化應用是在上世紀 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局、 沈陽電業局和長春研究所聯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部溫度的實時監測問題;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，造成數據不準確。 雖然現在紅外測溫儀在國際和國內市場占有一些份額，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測設備內部真實溫度的情況，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應用而開發生產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，質量達到了更高水平，在此基礎上，美國企業發展有限公司(Enterprise Marketing Inc.EMI)聯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電機、高壓開關和變壓器等高壓電器設備內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領域之一。 但光纖測溫系統成本也相對較高，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控領域。 由于有成熟的射頻監控技術作為技術后盾，射頻測溫發展十分迅速，在國外射頻測溫技術已比較成熟。國內射頻測溫技術從上世紀 80 年代開始研究，在 2001 年后國內射頻測溫產品才出現。 如今市場已有一定的產業化規模，其中代表性的企業有深圳英唐公司、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測，有效的預防了電氣設備和火災事故的發生，同時亦為供電管理部門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企業越來越多的青睞，目前在國內一些大型商業大廈配電系統溫度在線監測裝置也開始投用，并在實際應用中取得良好的運行效果。

　　二、溫度在線監測技術的比較及應用展望

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

　　1.技術比較

　　現在溫度在線監測技術最常用的三種測溫方法各有特點：

　　① 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據傳輸技術，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。

　　③ 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據發射模塊等方式安裝。

　　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的觸頭溫度，較難實現。

　　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大廈低壓配電系統中的應用調研

　　1.測溫技術的應用背景

　　某商業大廈是一座現代化的智能商業、酒店、賓館及辦公大廈，有先進的自動化設備、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，開關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關動靜觸頭處的溫度無法人工監測的弊端( 以前開放式的配電間隔可使用測溫槍或試溫片監測)，配電系統曾發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，不能及時發現隱藏在開關柜內部和各處電纜的溫升隱患。因此，　　該商業大廈決定對低壓配電系統進行溫度在線監測改造，以實時監測設備安全隱患。

　　2.技術改造方案的選擇

　　經過多方調研和對比，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，在配電系統中使用，存在著爬電”的風險，事實上，確實發生過爬電引發的短路事故;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 現場監測儀器

　　在該商業大廈配電站值班室設工控機和數據集線器，檢測到的各點溫度、電流通過數據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據、電流值及歷史報警事件記錄等數據信息，可同時處理 600 多個電氣接點溫度的實時溫度數據。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動。

　　② 信號采集

　　信號采集由溫度接收模塊、溫度采集發射模塊組成，模塊外殼采用高強度防火工程塑料，其溫度范圍 0℃ -150℃ ，模塊內部加注樹脂膠，擁有優秀的絕緣、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/電流采集模塊與發射模塊巧妙地結合在一起，收發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 個發射模塊的數據，通信距離最遠可達 100m。 溫度采集發射模塊安裝方便，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、環境惡劣的地方正常工作的能力。

　　3.實施效果評價

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

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