高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

　　由7 個(gè)3dB耦合器組合而成的1′8耦合器;波長(zhǎng)解調(diào)器為采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)掃描，其工作波長(zhǎng)范圍為15481558nm，覆蓋6 個(gè)傳感器在0110℃溫度變化時(shí)的所有波長(zhǎng)帶;控制器在數(shù)據(jù)處理器的控制下實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)器的掃描。

　　3.3 觸頭溫度模型

　　高壓開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行時(shí)，觸頭、母線、電流互感器、柜體等構(gòu)成了多個(gè)熱源，高壓開(kāi)關(guān)柜及內(nèi)部各部件又構(gòu)成了復(fù)雜的熱阻網(wǎng)絡(luò)[14]。在此系統(tǒng)中，要通過(guò)理論推導(dǎo)出觸頭溫升與光纖光柵傳感器溫升間的數(shù)學(xué)關(guān)系是比較困難的，因此本文通過(guò)試驗(yàn)方法建立了它們之間的數(shù)學(xué)模型。

　　溫升實(shí)驗(yàn)是在10kV 高壓開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)時(shí)三相觸頭接觸正常，工作額定電流為1kA，室溫為25℃。圖3 是上隔離觸頭B 相的溫升過(guò)程曲線，可以看出光纖光柵傳感器測(cè)量的溫升變化要比觸頭的實(shí)際溫升變化慢，但它們的變化趨勢(shì)是相同的，大約在3h 以后溫度場(chǎng)變化趨于穩(wěn)定。測(cè)量溫度與實(shí)際溫度間的差值是由于傳感器采用非接觸方式測(cè)量溫度，它依靠靜觸頭的輻射來(lái)傳遞熱量。表1 是其溫升測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　可以看出在開(kāi)關(guān)柜觸頭接觸正常、溫度變化穩(wěn)定后各個(gè)觸頭的實(shí)際溫升值DTC 與對(duì)應(yīng)的傳感器溫升值DTS之間的比例關(guān)系都在1.43 附近，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，可建立觸頭的實(shí)際溫度與傳感器的測(cè)量溫度間的數(shù)學(xué)關(guān)系式為

　　TC=K(TS-T)+T (3)

　　式中 K=1.43;TS為光纖光柵溫度傳感器測(cè)量的溫度值;T為高壓開(kāi)關(guān)柜環(huán)境溫度。

　　3.4 系統(tǒng)的抗電磁干擾性分析

　　為

　　了檢驗(yàn)光纖光柵傳感系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，在高壓開(kāi)關(guān)柜滿負(fù)荷工作，并且傳感器測(cè)量趨于穩(wěn)定的情況下，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜采用突然掉電的方式來(lái)檢測(cè)溫度測(cè)量結(jié)果與電磁場(chǎng)的關(guān)系[15-16]，實(shí)現(xiàn)抗電磁干擾能力的實(shí)驗(yàn)。圖4 是在觸頭溫升趨于穩(wěn)定后，在試驗(yàn)過(guò)程中安排了兩次停電并在一次側(cè)的B 相觸頭上測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)，圖4(a)是電流的變化過(guò)程圖，圖4(b)是電流變化引起的觸頭溫度變化曲線。可見(jiàn)在母線失去電流的情況下，引起了觸頭溫度的下降，但在恢復(fù)送電后又很快開(kāi)始上升。從曲線可以看出測(cè)量的觸頭溫度對(duì)突然的停電與送電做出了反應(yīng)，但這種溫度的升降是漸變的而不是突變的，說(shuō)明電磁場(chǎng)的存在對(duì)傳輸光纖以及光纖光柵溫度傳感器沒(méi)有影響。如果電磁場(chǎng)的存在使測(cè)溫系統(tǒng)顯示的溫度較實(shí)際溫度偏高或偏低，那么當(dāng)開(kāi)關(guān)柜母線中一旦失去電流，電磁場(chǎng)消失時(shí)，溫度顯示會(huì)立即跳變到“實(shí)際值”，但這種跳變現(xiàn)象在實(shí)際試驗(yàn)中并未發(fā)生。因此說(shuō)明光纖光柵觸頭測(cè)溫系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。

　　4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　本光纖光柵觸頭溫度測(cè)量系統(tǒng)在變電站10kV高壓開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行了成功試用，圖5 是在高壓開(kāi)關(guān)柜工作在70%的額定負(fù)荷范圍時(shí)對(duì)一次側(cè)B相觸頭在24 小時(shí)的溫度監(jiān)測(cè)記錄，它反應(yīng)了全天觸頭溫度的變化過(guò)程。從圖中可以看出，從午夜0點(diǎn)到早晨6 點(diǎn)之間觸頭的溫度最低，這一方面是由于用電負(fù)荷較小，另一方面與氣溫較低有關(guān);從早晨6 點(diǎn)開(kāi)始隨著用電負(fù)荷的增大，觸頭的溫度也開(kāi)始升高，到9點(diǎn)用電負(fù)荷趨于穩(wěn)定，但由于氣溫的逐漸升高觸頭溫度也開(kāi)始上升，到14 點(diǎn)時(shí)溫度達(dá)到最高;從14點(diǎn)到18點(diǎn)之間由于氣溫的降低，觸頭的溫度也逐漸變小;同時(shí)從18 點(diǎn)后，由于用電負(fù)荷的增大，觸頭溫度又開(kāi)始上升，到22 點(diǎn)時(shí)達(dá)到最高;此后隨著用電負(fù)荷的減小，觸頭溫度也逐漸降低。通過(guò)對(duì)24小時(shí)觸頭溫度的記錄分析可以看出，光纖光柵觸頭溫度測(cè)量系統(tǒng)能夠正常工作，其記錄數(shù)據(jù)正確反應(yīng)了觸頭溫度與開(kāi)關(guān)柜的工作負(fù)荷和周圍空氣溫度之間的變化關(guān)系，說(shuō)明了光纖光柵觸頭溫度測(cè)量系統(tǒng)的方案是可行的。

　　5 結(jié)論

　　本文利用光纖光柵傳感器的體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，代替電子類傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭的溫度監(jiān)測(cè)，此方案不需要復(fù)雜的絕緣設(shè)計(jì)，因此具有簡(jiǎn)單、可靠的優(yōu)點(diǎn)。此方案中，解決了光纖光柵溫度傳感器的應(yīng)變交叉敏感影響，在光路的復(fù)用上采用了空分復(fù)用加波分復(fù)用的方案，提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。此系統(tǒng)在10kV 高壓開(kāi)關(guān)柜上進(jìn)行了測(cè)試，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，說(shuō)明本方案是可行的。