红外窗口在密闭电气柜测温中的应用

摘 要 随着我国经济增长的步伐加快，国民生活水平不断提高，用电量大幅上升，国家加大对电网建设的投入，高压设备也越来越多，对电网供电安全性、可靠性提出了越来越高的要求。本文分析了密闭电气柜传统测温方法存在的弊端，进而引出密闭电气柜内部测温的新技术-红外窗口，介绍了其组成部件、工作原理、功能特点，并以实际应用经验介绍了红外窗口安装方法和使用效果。结果证明，红外窗口真正实现了无损红外测温检测，起到了高效、安全、可靠、实用的检测效果。

关键词 红外窗口；密闭电气柜；无损检测

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0094-02

在电力系统中，高压设备的母线载流过大时经常会出现温度过高，使邻近的绝缘部位性能劣化，甚至被击穿造成事故。据统计，造成电力系统事故的原因中发热问题占有相当大的比例。由于连接高压开关触头和母线的位点处于一个极端特殊的高温、高压、高磁场、极强电磁干扰的环境中，传统测温方法如发光材料、温度传感器、光纤测温、红外测温等极易受这些因素的干扰和影响，无法通过直接接触对这些位点进行测量，因而就无法得知高压设备内部的真实工作状态，以致经常“带病”运行[1]。因此，必须采取有效措施监控母线温度。

红外窗口是可以透过红外线、可见光、紫外线的光学窗口，将其安装在高压设备的柜体上，用红外热像仪就可以对设备内部进行各种无损检测和监测，实现了电力设备的在线红外检测，提高了检修效率，保证了电力设备的安全运行。

1 密闭电气柜传统测温方法分析

近几年，高压开关柜中广泛运用的温度测试方法分为：发光材料、温度传感器、光纤测温、红外测温等。

1.1发光材料法

在母线表面涂抹或粘贴一层发光材料，如不可逆型测温纸、感温贴片等，这些材料可随温度变化而改变颜色，进而大致确定温度范围。这种方法的优点是成本低，但缺点是误差大，可读性差，不能进行定量测量，需要停电施工。

1.2温度传感器法

常规测温主要是通过热电阻、热电偶、半导体温度传感器等实现，其信号传输需要借助金属导线完成，由于绝缘性能得不到保证，因此无法在高压开关触点上使用[2]。

1.3光纤测温法

光纤式温度在线监测仪其温度传感器固定在带电物体表面，温度传感器与测温仪之间由光纤连接，通过光纤隔离高压和传输信号。这种方法虽然从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度监测的难题，但也有其致命的缺点，如光纤本身易折断、不耐高温、绝缘性能低，在柜内布线难度大，造价高，需要停电安装[2]；其次由于它是触点测温，只能监测若干点的温度，而不能对设备的整体运行情况进行监测[1]；再者触点测温对安装工艺有严格的要求，一旦安装不到位，就不能如实反应设备内部的温度而留下安全隐患[1]，因而光纤测温得不到广泛应用。

1.4红外测温法

红外在线温度监测仪采用红外温度监测传感器进行非接触测温，不需要停电就可以安装，但也只是进行点测温，不能对开关柜内温度进行全面的检测，且该系统牵涉软件开发，系统集成，维护量大，成本较高[1]；红外测温仪或热像仪等检测仪器都需要打开开关柜门进行测温[1]，需要繁琐的程序且对检测人员和设备都不安全。

综上所述，传统的测温方法存在很多弊端，究其原因，一是点测温而非面测温，不全面；二是电子元器件无法在强磁场、高压、大电流的长期作用下正常运行，只要一个元件出了故障就不能保证结果的准确性，更无法保证每天24小时全天候的工作年限；其三，安装、测试程序繁琐，操作不灵活，使用受限。因此，传统测温方法的使用存在很大的安全隐患。

2密闭电气柜内部测温的新技术—红外窗口

2.1红外窗口的组成部件

2.1.1金属件L

采用优质材料，经过多道工序处理，能够达到永久不变形和抗各种环境因素侵蚀的能力，安装时与O型密封圈一起安装在设备面板上，其防水等级符合IP67等级的NF EN60529标准。

2.1.2 O型密封圈

采用抗高温橡胶材料制作而成，使用时既抗高温又可确保水密性。

2.1.3核心部件-光学晶体

采用单晶熔体法、气相法、溶液法和固相再结晶制备，晶体的工作波段可透紫外线、可见光及红外线（取决于工作波长），使用寿命超过30年。

2.2红外窗口的工作原理

红外窗口是可以透过紫外线、可见光、红外线的光学窗口，将其安装在电气设备的壳体上，利用电力系统普遍使用的红外热像仪或测温仪，结合《红外导则》来判别发热故障，通过红外窗口就可对电气设备内部进行各种无损检修，实现了状态监测[1]。

红外窗口由于其材质特殊，具有抗电磁干扰、电绝缘、体积小、耐腐蚀、本质安全等优点，因此特别适用于各种高低压开关柜和封闭电气设备[1]。它以实现远距离红外成像方式对高低压开关柜触头温度进行状态监测，这样用户就能在不停电的情况下对设备进行连续的红外无损检测，很好的解决了以往电弧及电磁辐射使红外检测变的不可能甚至危险的问题，为电气设备运行提供有效保证。

2.3红外窗口的功能特点

1）多波段、宽光谱、高透过率的透视窗口，可满足紫外、红外、可见光等测试要求。用户可通过红外成像方式对危险区域（连接器、断路器）进行预防性检测，也可用紫外成像设备，检测设备内部是否有局部放电，为设备安全运行提供非过热故障技术依据；

2）全波段窗口可全面成像测温，区别于传统的单点测温，能真正检测到事故隐患；

3）实现状态检测，在线测量。用户可通过红外成像装置在设备运行状态下进行在线检测，能有效保证高低压开关柜等设备的安全运行，同时也保障检测维护人员的人身安全；

4）人性化设计，安装快捷、使用方便。有专用安装工具，改造安装一个窗口只需几分钟；窗口保护盖打开方便，可以快速观测、全面测温；

5）节省开支。开关柜改造安装费用低；使用时用户可在不中断不干扰设备运行前提下实施在线检测，不必停电检修；无需特殊维护。

3红外窗口在密闭电气柜测温中的应用经验

3.1红外窗口的安装

目前国内外普遍采用的安装方法是在密闭电气柜体上对应内部需要测温的部位开孔，然后将红外窗口安装在开孔的位置。这种方法虽然对原有柜体会造成一定程度的破坏，但操作灵活，真正实现全面测温，适合于所有结构的柜体。

本溪供电公司首次尝试将红外窗口固定在金属板的中央，金属板大小与密封电气柜体上原有的观察窗大小一致，用带有红外窗口的金属板取代原有柜体上的观察窗。这种方法的优点是既不破坏柜体结构，又赋予了观察窗更加强大的功能，缺点是适用范围小，并非适用于所有结构的柜体，测温面积也有一定限度。

3.2红外窗口的使用

本溪供电公司于2011年7-12月间引进红外窗口。首先对50个高压开关柜进行改造安装，试运行3个月，组织专门的人员进行定点定时连续性实践测试。结果证明红外窗口各方面性能都满足了实验要求，监测效果明显。之后又对90个高压开关柜进行改造安装。在进行了大量的试点测试之后，将测试过程中通过测温窗口热像仪实时记录的红外热图进行了后期分析整理，建立了热图档案。在改造安装的140个高压开关柜中，全部实现了无损红外测温检测，起到了高效、安全、可靠、实用的检测效果，最大限度地减少了灾难性电力事故的发生和计划故障设备的维护和检修。

总之，红外窗口适用于各种高低压开关柜和封闭电气设备的内部测温，通过红外窗口测温既提高了检测的针对性,又节省了大量的人力、物力、财力,而且能对电气设备的安全运行多提供一层保障,对整个电网的安全运营有着重要的意义。

参考文献

[1]李亚峰, 王纯.红外测温窗口在密封电气柜测温中的应用.2010年全国输变电设备状态检修技术交流研讨會论文集.在线监测技术应用，2010：863-871.

[2]孟丹, 舒超君, 黄刚, 陈刚.红外窗口在密封式开关柜故障监测中的应用研究[J].化工自动化及仪表，2010，37(11): 41-44.

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