關(guān)于“溫度在線監(jiān)測”技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用

　　【 摘 要】本文結(jié)合某大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置的實(shí)際應(yīng)用，對電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了介紹，并重點(diǎn)介紹了射頻溫度監(jiān)測技術(shù)在電氣火災(zāi)預(yù)防方面的應(yīng)用。

　　【 關(guān)鍵詞】溫度在線監(jiān)測;電氣設(shè)備;火災(zāi)預(yù)防;應(yīng)用技術(shù)

　　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(yè)大廈越來越多，其低壓配電系統(tǒng)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(fā)熱而燒毀設(shè)備，引發(fā)電氣火災(zāi)，雖然系統(tǒng)擁有完善的漏電、過壓、過流、短路等保護(hù)措施，但都不能全面解決系統(tǒng)中的局部過熱故障，很多火災(zāi)事故的發(fā)生都與電氣設(shè)備的過熱有關(guān)，據(jù)有關(guān)調(diào)查資料統(tǒng)計，電氣火災(zāi)約占各種火災(zāi)總數(shù)的 50%，其中絕大多數(shù)都是因局部過熱引起的。

　　因此， 對電氣設(shè)備的故障高發(fā)點(diǎn)與電流進(jìn)行切實(shí)有效的實(shí)時監(jiān)控，不僅是電氣系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)性工作，而且亦能有效預(yù)防和控制電氣火災(zāi)事故的發(fā)生，具有重大的意義。

　　一、溫度在線監(jiān)測技術(shù)國內(nèi)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(yīng)用是在上世紀(jì) 60 年代中期，最早出現(xiàn)是在瑞典。 60 年代我國的東北電力科技改進(jìn)局、 沈陽電業(yè)局和長春研究所聯(lián)合研制出我國第一代為電力設(shè)備探測診斷用的紅外測溫儀，使電力設(shè)備的過熱故障和電氣火災(zāi)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(shù)的限制而存在很大的局限性，而且無法直接解決電器設(shè)備內(nèi)部溫度的實(shí)時監(jiān)測問題;華東電力試驗(yàn)研究所于上世紀(jì) 70 年代末研制成功第二代紅外測溫儀，但因?yàn)楫a(chǎn)品結(jié)構(gòu)笨重、攜帶不便、操作調(diào)校復(fù)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(nèi)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(zhǔn)確測量到接點(diǎn)的溫度，造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。 雖然現(xiàn)在紅外測溫儀在國際和國內(nèi)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(shù)

　　針對紅外測溫的紅外成像技術(shù)無法使紅外輻射穿透外殼直接監(jiān)測設(shè)備內(nèi)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，研制了專為電力系統(tǒng)應(yīng)用而開發(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監(jiān)測電器設(shè)備內(nèi)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(rèn)證，質(zhì)量達(dá)到了更高水平，在此基礎(chǔ)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)專家于 1994 年開始向中國介紹測發(fā)電機(jī)、高壓開關(guān)和變壓器等高壓電器設(shè)備內(nèi)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(shè)在電力設(shè)備內(nèi)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中，光導(dǎo)纖維的測溫學(xué)為最活躍的研究與開發(fā)領(lǐng)域之一。 但光纖測溫系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)

　　上世紀(jì) 80 年代，國外開始把射頻技術(shù)應(yīng)用于電力及其配套設(shè)備溫度監(jiān)控領(lǐng)域。 由于有成熟的射頻監(jiān)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(nèi)射頻測溫技術(shù)從上世紀(jì) 80 年代開始研究，在 2001 年后國內(nèi)射頻測溫產(chǎn)品才出現(xiàn)。 如今市場已有一定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)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?yàn)樗蓪﹂_關(guān)柜、電容補(bǔ)償柜、電力電纜、母線橋架、變壓器及重要電氣設(shè)備的電纜電流及溫升故障進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)測，有效的預(yù)防了電氣設(shè)備和火災(zāi)事故的發(fā)生，同時亦為供電管理部門提供了用電分配決策依據(jù)， 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)越來越多的青睞，目前在國內(nèi)一些大型商業(yè)大廈配電系統(tǒng)溫度在線監(jiān)測裝置也開始投用，并在實(shí)際應(yīng)用中取得良好的運(yùn)行效果。

　　二、溫度在線監(jiān)測技術(shù)的比較及應(yīng)用展望

　　溫度在線監(jiān)測技術(shù)是基于微電子、智能監(jiān)測、智能控制等技術(shù)上發(fā)展起來的，集微控制系統(tǒng)、自動化、通訊、網(wǎng)絡(luò)等一體的高新技術(shù)。 我們通過對現(xiàn)行最常用的幾種測溫技術(shù)進(jìn)行比較，并據(jù)此展望其應(yīng)用前景。

　　1.技術(shù)比較

　　現(xiàn)在溫度在線監(jiān)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(yùn)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(nèi)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(diǎn)是采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，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。

　?、?測溫范圍

　　在電力設(shè)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(qiáng)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(zhǔn)需要測溫部位;射頻測溫通常根據(jù)測溫的部位特點(diǎn)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(shù)據(jù)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(zhì)較脆易斷，施工有一定難度，對測量位于觸頭盒內(nèi)的觸頭溫度，較難實(shí)現(xiàn)。

　　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(diǎn)中間不能有隔擋及光學(xué)鏡頭有距離要求，因電氣設(shè)備型號多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，選擇合適的位置及對準(zhǔn)測溫點(diǎn)有一定難度，易造成測溫不準(zhǔn)。

　　射頻測溫方式根據(jù)測溫的部位特點(diǎn)安裝，直接固定在測溫點(diǎn)，安裝牢固、簡便，測溫位置不受結(jié)構(gòu)影響，可直接裝于觸頭盒內(nèi)的靜觸頭與母線連接處，具有測溫直接、準(zhǔn)確的特性。

　　2.應(yīng)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(shè)備還存在絕緣隱患，故在應(yīng)用中有一定的局限性;射頻傳感技術(shù)由于存在布線簡單、方便、成本低的特點(diǎn)，該技術(shù)已被越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用。隨著該技術(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(yīng)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(tǒng)中的應(yīng)用調(diào)研

　　1.測溫技術(shù)的應(yīng)用背景

　　某商業(yè)大廈是一座現(xiàn)代化的智能商業(yè)、酒店、賓館及辦公大廈，有先進(jìn)的自動化設(shè)備、現(xiàn)代化辦公及通訊設(shè)備，高度智能化的管理和控制。建有低壓配電站，擁有數(shù)公里的電纜溝和電纜夾層，開關(guān)柜是抽屜式全封閉低壓柜，在運(yùn)行中暴露出抽屜內(nèi)部電氣元件和開關(guān)動靜觸頭處的溫度無法人工監(jiān)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(jiān)測)，配電系統(tǒng)曾發(fā)生多起開關(guān)動靜觸頭和電纜過熱故障，有時故障點(diǎn)溫度超過 100℃ ，差點(diǎn)釀成火災(zāi)事故，如果僅靠原始的巡檢手段，不能及時發(fā)現(xiàn)隱藏在開關(guān)柜內(nèi)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(tǒng)進(jìn)行溫度在線監(jiān)測改造，以實(shí)時監(jiān)測設(shè)備安全隱患。

　　2.技術(shù)改造方案的選擇

　　經(jīng)過多方調(diào)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：市場上現(xiàn)有的在線測溫技術(shù)基本上有三種— — 光纖、紅外和射頻。光纖技術(shù)由于是有線通訊，在配電系統(tǒng)中使用，存在著爬電”的風(fēng)險，事實(shí)上，確實(shí)發(fā)生過爬電引發(fā)的短路事故;紅外技術(shù)雖是不接觸測溫，但需要通過嚴(yán)格定位測量測點(diǎn)的溫度，各種因素致使測溫嚴(yán)重不準(zhǔn)，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 ( 有時需要母線停電，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，用專用的高壓自粘扎帶將其緊緊固定安裝在測溫點(diǎn)處，如：開關(guān)觸頭的根部，電纜的進(jìn)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(fēng)險。

　?、?現(xiàn)場監(jiān)測儀器

　　在該商業(yè)大廈配電站值班室設(shè)工控機(jī)和數(shù)據(jù)集線器，檢測到的各點(diǎn)溫度、電流通過數(shù)據(jù)集線器集中直接上傳到后臺工控機(jī)上，通過瀏覽工控機(jī)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(diǎn)當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)、電流值及歷史報警事件記錄等數(shù)據(jù)信息，可同時處理 600 多個電氣接點(diǎn)溫度的實(shí)時溫度數(shù)據(jù)。并在工控機(jī)上預(yù)留通訊接口，將全部檢測的溫度數(shù)據(jù)及電流值與火災(zāi)報警系統(tǒng)相聯(lián)動。

　　② 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(qiáng)度防火工程塑料，其溫度范圍 0℃ -150℃ ，模塊內(nèi)部加注樹脂膠，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)、無線射頻通訊技術(shù)，將各測溫/電流采集模塊與發(fā)射模塊巧妙地結(jié)合在一起，收發(fā)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(fā)射模塊的數(shù)據(jù)，通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 100m。 溫度采集發(fā)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(qiáng)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

　　該商業(yè)大廈此項改造主要應(yīng)用于電氣低壓系統(tǒng)的開關(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)安裝了無線感溫傳感器，并使系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)實(shí)行相聯(lián)動。項目實(shí)施運(yùn)行后，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，測溫效果良好，能實(shí)時監(jiān)　測電氣設(shè)備的溫度，及時發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備溫升隱患，為預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生提供了一個有效的監(jiān)控手段。

　　電氣火災(zāi)往往都是因電氣設(shè)備的溫度異常引發(fā)的，電氣設(shè)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(yīng)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，不應(yīng)該出現(xiàn)危險的過熱現(xiàn)象，但隨著設(shè)備絕緣老化或接觸電阻增大等原因，難免出現(xiàn)過熱溫升，進(jìn)而引發(fā)電氣火災(zāi)的發(fā)生，事前監(jiān)控預(yù)防尤為重要。射頻溫度在線監(jiān)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(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和預(yù)防電氣火災(zāi)提供一個有效的保證手段。