1、基于红外测温的低压开关柜一次接插件的温度监测研究 陈春 厦门 ABB 低压电器设备有限公司 摘 要: 针对低压开关柜在长期运行时, 一次接插件因接触不良或老化引起的温度过高, 导致低压开关柜发热烧毁或短路故障的问题, 利用红外测温技术, 设计了低压开关柜的温度监测系统, 实现了对一次接插件温度的实时监测和报警, 保证了低压开关柜的安全可靠运行。关键词: 红外测温; 低压开关柜; 一次接插件; 温度监测; 作者简介:陈春 (1982) , 男, 福建福清人, 硕士, 工程师, 主要从事低压开关柜的开发设计和产品管理工作。收稿日期:2017-10-17Received: 2017-10-170 引
2、言低压开关柜作为配电所中的主要设备, 是电能输送和分配的主要载体, 其运行的可靠性将影响到电能供应的质量水平。一次接插件是低压开关柜的关键零部件, 在低压开关柜故障或事故中, 一次接插件发热故障是最常见的一类。一次接插件发热故障是渐变的过程。当低压开关柜长期运行时, 一次接插件会由于老化而接触不良、接触电阻增大, 导致发热逐渐增多, 温度过高会使插接部位出现金属熔点甚至拉弧, 导致一次接插件烧毁, 造成低压开关柜故障, 严重危害了设备和人身安全。因此, 对低压开关柜一次接插件进行实时温度监测, 及时跟踪低压开关柜的运行状态, 是提高低压开关柜可靠性和运行质量的有效途径。目前, 传统的测温方式主
3、要采用变色漆、示温腊片和红外成像等, 但低压开关柜内部结构复杂, 元件互相遮挡较多, 有很多位置无法直视, 不能通过上述方法直接观察到运行温度, 而且无法做到实时监测, 还需要人工巡检。针对上述问题, 本文采用红外测温技术, 设计了低压开关柜的温度监测系统, 实现了对一次接插件温度的实时监测和报警。1 红外测温在低压开关柜一次接插件上的应用凡是绝对温度高于 0 K 的物体都会产生红外辐射, 物体的红外辐射特性与物体表面温度有着十分密切的关系。因此通过对一次接插件红外辐射能量的测量, 能准确地确定一次接插件表面温度。红外测温具有反应时间快、灵敏度高、测温范围广等优点, 但在测量一次接插件时, 不
4、正确的测量方法和布置, 会导致一次接插件的测量温度与实际温度存在较大偏差。因此, 应用红外测温监测一次接插件时, 需要考虑以下几点:(1) 一次接插件的发射率。发射率反映了一个物体辐射红外光线的能力。实际物体的发射率与物体表面状态有关。低压开关柜的一次接插件, 表面镀锡或镀银, 发射率低。为了提高发射率, 得到准确的温度监测结果, 需要对一次接插件的红外测量区域进行涂漆处理。(2) 一次接插件的测量区域。对一次接插件进行红外测温时, 其测量区域的面积应超过红外视场的大小。因为这样就可以避免一次接插件的背景辐射能量进入红外视场, 不会干扰红外测温数据和导致测量误差。(3) 一次接插件与红外传感器
5、的距离。一次接插件是一次导电体, 而红外传感器为弱电元件, 要保证两者之间的距离能满足电气间隙要求。同时, 当装好红外传感器时, 其红外视角就已确定, 此时一次接插件与红外传感器的距离将会影响红外视场的大小, 如果不注意控制距离, 背景辐射能量就可能进入红外传感器, 导致测量不准确。2 低压开关柜一次接插件的红外测温系统设计低压开关柜一次接插件的红外测温系统主要由涂漆一次接插件、红外传感器模块、绝缘一次插室、智能控制器、操作面板等 5 部分组成, 如图 1 所示。红外传感器模块内嵌在绝缘一次插室里, 对装配在绝缘一次插室里的一次接插件进行温度监测后, 传给智能控制器, 并通过操作面板显示在低压
6、开关柜前。图 1 低压开关柜一次接插件的红外测温系统 下载原图2.1 涂漆一次接插件当进行红外测温时, 为得到准确的测量温度, 需要能在一次接插件的表面检测到高发射率。因此, 对一次接插件的红外测量区域用指定的涂料进行涂漆处理 (图 2) , 从而提高一次接插件的发射率。涂漆后应检查涂层的外观、厚度及附着力, 保证涂层满足使用要求。图 2 涂漆一次接插件和红外传感器模块 下载原图2.2 红外传感器模块红外传感器集成了光学单元和光电探测单元。光学单元负责汇集红外视场内一次接插件测量区域的辐射能量, 而光电探测单元负责采集红外信号和转换为电信号, 并通过采集环境温度, 修正被测一次接插件的实际温度
7、。红外传感器模块外壳上开有观察窗口, 用于确定红外传感器的红外视角大小。同时外壳上设计有悬臂式卡扣, 通过该卡扣固定在绝缘一次插室内, 决定了一次接插件与红外传感器的距离 (图 2) 。根据设计好的红外视角和距离, 确定红外视场小于一次接插件的测量区域, 从而避免背景辐射能量的影响, 保证温度测量的准确。2.3 绝缘一次插室绝缘一次插室是用于支撑一次接插件和固定红外传感器模块的结构单元, 安装于低压开关柜抽屉的进出线处。涂漆一次接插件和红外传感器模块在绝缘一次插室内采用嵌入插拔的安装方式, 维护简单, 安全可靠, 无需考虑额外的绝缘措施。绝缘一次插室由底座和盖板组成, 当盖板装配完成后, 形成
8、的封闭空间能够有效实现对红外传感器模块的物理隔离防护。2.4 智能控制器智能控制器是基于电流与电压测量的智能型模块, 具有温度监测和报警功能, 安装在低压开关柜抽屉的内部。当所监测的一次接插件的实时温度超过预设温度时, 能够发出报警信号, 从而及时发现潜在故障点, 提醒低压开关柜的运行维护人员。2.5 操作面板操作面板安装在低压开关柜抽屉的正前面。操作面板通过背部的接口与智能控制器相连, 将低压开关柜一次接插件的实时温度信息显示在低压开关柜前, 便于运行维护人员跟踪低压开关柜的运行状态。3 实例分析以 MNS 低压开关柜为例, 通过热电偶和红外测温系统, 对涂漆一次接插件进行温度测量, 结果如
9、表 1 所示。红外测温系统的测量准确度高, 与热电偶的测量结果相近, 可以用于日常低压开关柜一次接插件的实时温度监测。表 1 热电偶和红外测温系统测量结果 下载原表 4 结语针对低压开关柜一次接插件由于接触不良引起的发热故障, 本文设计了基于红外测温的温度监测系统, 研制了体积较小、成本低、运行稳定的红外传感器模块, 实现了低压开关柜一次接插件的温度实时监测和报警, 保证了低压开关柜的安全稳定运行, 提高了低压开关柜的可靠性。参考文献1张弓.红外测温基本原理及注意问题J.企业标准化, 2008 (17) :9-10. 2丛浩熹, 李庆民, 齐波, 等.基于红外传感的 GIS 隔离开关触头温度在线监测技术研究J.电力自动化设备, 2014, 34 (3) :144-148. 3牛玉朕, 单名山, 李训强.电气设备的发热故障分析及处理J.电气开关, 2009 (3) :12-14. 4康小平, 胡元辉, 林吉, 等.开关柜监测发展现状J.电气开关, 2011, 49 (6) :74-76. 5曹建忠, 杨石林.温升在线监测装置在中低压开关柜中的应用J.供用电, 2010, 27 (3) :44-46. 6黄巍华, 张志国, 高威.MNS 低压开关一次插头烧毁事故分析处理与预防措施J.电工技术, 2014 (3) :12-13.