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電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)
2019-08-23 17:04:00 來源：本站 瀏覽：4197
隨著城市生活用電和生產(chǎn)用電的需求越來越大，電網(wǎng)發(fā)展勢(shì)頭日漸迅猛，對(duì)配電線路的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。電力電纜作為城市內(nèi)傳輸電能的主要通道，平均每年以35%的增量快速發(fā)展。電纜故障往往是由接頭引起，而6～10kV的配電電纜每隔300～500m中就有一個(gè)接頭。因此，電纜接頭在龐雜的配電網(wǎng)絡(luò)中不計(jì)其數(shù)，存在的安全隱患不可小覷。絕緣水平下降往往是電力電纜接頭出現(xiàn)故障的主因。
絕緣水平下降，泄露電流增大，損耗隨之增加，最終導(dǎo)致溫度升高；溫度升高又會(huì)加速絕緣老化，泄露電流增大，溫度再升高，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因此，可將電纜接頭溫度作為電纜運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)參量，對(duì)電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1 電纜接頭測(cè)溫方法
電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外已有不少的研究成果。以信號(hào)采集方式劃分，主要有電信號(hào)測(cè)溫和光信號(hào)測(cè)溫兩類；以有無電源來劃分，主要有有源無線測(cè)溫和無源無線測(cè)溫兩類。
電信號(hào)測(cè)溫法主要有熱電偶測(cè)溫和集成傳感器測(cè)溫兩類。光信號(hào)測(cè)溫法主要包括紅外測(cè)溫、光纖光柵測(cè)溫和基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫。有源無線的測(cè)溫法主要包括數(shù)字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。采用無源無線的測(cè)溫方法是一種新興的測(cè)溫途徑，主要代表是聲表面波測(cè)溫。
熱電偶是自發(fā)電型傳感器，無需外加電源即可測(cè)量溫度。熱電偶傳感器的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。熱電偶測(cè)溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同材質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接起來形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)接點(diǎn)1和接點(diǎn)2之間的溫度不同時(shí)，便在回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。
在測(cè)溫時(shí)，將接點(diǎn)1焊接起來作為測(cè)量端，放置于被測(cè)溫度所在地；同時(shí)分開接點(diǎn)2，接入顯示儀表或者變送器，稱為參比端，參比端要保持溫度恒定。
電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)方法研究綜述
圖1 熱電偶測(cè)溫示意圖
熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、準(zhǔn)確度較高、穩(wěn)定性好以及熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：①安裝時(shí)，當(dāng)電纜接頭較多的情況下，布線繁雜，現(xiàn)場(chǎng)難以維護(hù)；②參比端的溫度需要保持恒定。而電纜運(yùn)行環(huán)境不同，溫度也會(huì)不同，此時(shí)參比端的溫度會(huì)隨之改變且極難修正。因此，熱電偶常用于鋼鐵工業(yè)中鋼水溫度的連續(xù)測(cè)量和反應(yīng)堆測(cè)溫，監(jiān)測(cè)電纜接頭溫度時(shí)不常采用此方法。
集成傳感器由硅半導(dǎo)體制成，也稱其為硅傳感器。它的基本原理是將補(bǔ)償電路、放大電路和敏感元件集成封裝在一個(gè)殼體中，通過測(cè)量PN結(jié)的電流和電壓數(shù)值來確定待測(cè)物體溫度的大小。
集成傳感器測(cè)溫具有反應(yīng)快、性價(jià)比高、體積小以及線性好的特點(diǎn)，適合電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)，不足之處在于要預(yù)防電纜的電磁干擾對(duì)測(cè)溫精度的影響。
3 光信號(hào)測(cè)溫
3.1 紅外測(cè)溫（略）
紅外測(cè)溫理論是由普朗克黑體分布定律發(fā)展而來。紅外測(cè)溫法是通過紅外線輻射波長(zhǎng)與被測(cè)溫度之間的函數(shù)關(guān)系來確定物體的溫度。所有溫度高于絕對(duì)零度的物體一直向外輻射紅外能量。物體的表面溫度與紅外能量的大小和紅外波長(zhǎng)的分布有著密切聯(lián)系。因此，只要測(cè)得紅外波長(zhǎng)及其能量大小，就可計(jì)算出被測(cè)物體的表面溫度。
紅外測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。紅外測(cè)溫儀接收到由大氣傳輸過來的被測(cè)設(shè)備的紅外線輻射，被測(cè)設(shè)備輻射的能量匯聚于紅外測(cè)溫儀探測(cè)器上，探測(cè)器將輻射信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理之后顯示輸出。
電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)方法研究綜述
圖2 紅外測(cè)溫系統(tǒng)
紅外測(cè)溫儀使用靈活，不需要與被測(cè)物體直接接觸，但需要工作人員手持設(shè)備對(duì)電纜接頭、刀閘等部位進(jìn)行測(cè)溫，適合人工巡檢測(cè)溫，無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。除此之外，還存在價(jià)格昂貴、體積大，測(cè)量精度受測(cè)試距離影響大等缺點(diǎn)。
絕緣水平下降，泄露電流增大，損耗隨之增加，最終導(dǎo)致溫度升高；溫度升高又會(huì)加速絕緣老化，泄露電流增大，溫度再升高，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因此，可將電纜接頭溫度作為電纜運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)參量，對(duì)電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1 電纜接頭測(cè)溫方法
電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外已有不少的研究成果。以信號(hào)采集方式劃分，主要有電信號(hào)測(cè)溫和光信號(hào)測(cè)溫兩類；以有無電源來劃分，主要有有源無線測(cè)溫和無源無線測(cè)溫兩類。
電信號(hào)測(cè)溫法主要有熱電偶測(cè)溫和集成傳感器測(cè)溫兩類。光信號(hào)測(cè)溫法主要包括紅外測(cè)溫、光纖光柵測(cè)溫和基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫。有源無線的測(cè)溫法主要包括數(shù)字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。采用無源無線的測(cè)溫方法是一種新興的測(cè)溫途徑，主要代表是聲表面波測(cè)溫。
熱電偶是自發(fā)電型傳感器，無需外加電源即可測(cè)量溫度。熱電偶傳感器的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。熱電偶測(cè)溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同材質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接起來形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)接點(diǎn)1和接點(diǎn)2之間的溫度不同時(shí)，便在回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。
在測(cè)溫時(shí)，將接點(diǎn)1焊接起來作為測(cè)量端，放置于被測(cè)溫度所在地；同時(shí)分開接點(diǎn)2，接入顯示儀表或者變送器，稱為參比端，參比端要保持溫度恒定。
電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)方法研究綜述
圖1 熱電偶測(cè)溫示意圖
熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、準(zhǔn)確度較高、穩(wěn)定性好以及熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：①安裝時(shí)，當(dāng)電纜接頭較多的情況下，布線繁雜，現(xiàn)場(chǎng)難以維護(hù)；②參比端的溫度需要保持恒定。而電纜運(yùn)行環(huán)境不同，溫度也會(huì)不同，此時(shí)參比端的溫度會(huì)隨之改變且極難修正。因此，熱電偶常用于鋼鐵工業(yè)中鋼水溫度的連續(xù)測(cè)量和反應(yīng)堆測(cè)溫，監(jiān)測(cè)電纜接頭溫度時(shí)不常采用此方法。
集成傳感器由硅半導(dǎo)體制成，也稱其為硅傳感器。它的基本原理是將補(bǔ)償電路、放大電路和敏感元件集成封裝在一個(gè)殼體中，通過測(cè)量PN結(jié)的電流和電壓數(shù)值來確定待測(cè)物體溫度的大小。
集成傳感器測(cè)溫具有反應(yīng)快、性價(jià)比高、體積小以及線性好的特點(diǎn)，適合電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)，不足之處在于要預(yù)防電纜的電磁干擾對(duì)測(cè)溫精度的影響。
3 光信號(hào)測(cè)溫
3.1 紅外測(cè)溫（略）
紅外測(cè)溫理論是由普朗克黑體分布定律發(fā)展而來。紅外測(cè)溫法是通過紅外線輻射波長(zhǎng)與被測(cè)溫度之間的函數(shù)關(guān)系來確定物體的溫度。所有溫度高于絕對(duì)零度的物體一直向外輻射紅外能量。物體的表面溫度與紅外能量的大小和紅外波長(zhǎng)的分布有著密切聯(lián)系。因此，只要測(cè)得紅外波長(zhǎng)及其能量大小，就可計(jì)算出被測(cè)物體的表面溫度。
紅外測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。紅外測(cè)溫儀接收到由大氣傳輸過來的被測(cè)設(shè)備的紅外線輻射，被測(cè)設(shè)備輻射的能量匯聚于紅外測(cè)溫儀探測(cè)器上，探測(cè)器將輻射信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理之后顯示輸出。
電纜接頭溫度在線監(jiān)測(cè)方法研究綜述
圖2 紅外測(cè)溫系統(tǒng)
紅外測(cè)溫儀使用靈活，不需要與被測(cè)物體直接接觸，但需要工作人員手持設(shè)備對(duì)電纜接頭、刀閘等部位進(jìn)行測(cè)溫，適合人工巡檢測(cè)溫，無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。除此之外，還存在價(jià)格昂貴、體積大，測(cè)量精度受測(cè)試距離影響大等缺點(diǎn)。
