高压开关柜隔离触头温度监测

　　在图2 中，A、B、C三相的六个光纤光栅温度传感器处于高电压侧，分别安装在静触头孔径内，而耦合器、波长解调器、控制器以及数据处理电路都处于地电位侧，安装在控制室内，采用长距离的光纤传输来实现高电压侧绝缘隔离。图中的A1、B1、C1，A2、B2、C2是本文设计的光纤光栅温度传感器，分别分布在隔离触头的上侧和下侧A、B、C 三相上，在常温下传感器的波长分别为1548.5nm、1550.1nm、1551.6nm、1553.5nm、1555.5nm、1557.1nm，灵敏度为0.011nm/℃、0.013nm/℃、0.011nm/℃、0.010nm/℃、0.011nm/℃、0.012nm/℃，测量范围为0110℃;耦合器为

　　由7 个3dB耦合器组合而成的1′8耦合器;波长解调器为采用压电陶瓷驱动标准具实现波长扫描，其工作波长范围为15481558nm，覆盖6 个传感器在0110℃温度变化时的所有波长带;控制器在数据处理器的控制下实现波长解调器的扫描。

　　3.3 触头温度模型

高压开关柜在运行时，触头、母线、电流互感器、柜体等构成了多个热源，高压开关柜及内部各部件又构成了复杂的热阻网络[14]。在此系统中，要通过理论推导出触头温升与光纤光栅传感器温升间的数学关系是比较困难的，因此本文通过试验方法建立了它们之间的数学模型。

　　温升实验是在10kV高压开关柜上进行的，实验时三相触头接触正常，工作额定电流为1kA，室温为25℃。图3 是上隔离触头B 相的温升过程曲线，可以看出光纤光栅传感器测量的温升变化要比触头的实际温升变化慢，但它们的变化趋势是相同的，大约在3h 以后温度场变化趋于稳定。测量温度与实际温度间的差值是由于传感器采用非接触方式测量温度，它依靠静触头的辐射来传递热量。表1 是其温升测量数据。

　　可以看出在开关柜触头接触正常、温度变化稳定后各个触头的实际温升值DTC 与对应的传感器温升值DTS之间的比例关系都在1.43 附近，取其平均值作为试验结果，可建立触头的实际温度与传感器的测量温度间的数学关系式为

　　TC=K(TS-T)+T (3)

　　式中 K=1.43;TS为光纤光栅温度传感器测量的温度值;T为高压开关柜环境温度。

　　3.4 系统的抗电磁干扰性分析

　　为

　　了检验光纤光栅传感系统的抗电磁干扰能力，在高压开关柜满负荷工作，并且传感器测量趋于稳定的情况下，通过对开关柜采用突然掉电的方式来检测温度测量结果与电磁场的关系[15-16]，实现抗电磁干扰能力的实验。图4 是在触头温升趋于稳定后，在试验过程中安排了两次停电并在一次侧的B 相触头上测量的温度数据，图4(a)是电流的变化过程图，图4(b)是电流变化引起的触头温度变化曲线。可见在母线失去电流的情况下，引起了触头温度的下降，但在恢复送电后又很快开始上升。从曲线可以看出测量的触头温度对突然的停电与送电做出了反应，但这种温度的升降是渐变的而不是突变的，说明电磁场的存在对传输光纤以及光纤光栅温度传感器没有影响。如果电磁场的存在使测温系统显示的温度较实际温度偏高或偏低，那么当开关柜母线中一旦失去电流，电磁场消失时，温度显示会立即跳变到“实际值”，但这种跳变现象在实际试验中并未发生。因此说明光纤光栅触头测温系统具有很强的抗电磁干扰能力。

4 实验结果

　　本光纤光栅触头温度测量系统在变电站10kV高压开关柜上进行了成功试用，图5 是在高压开关柜工作在70%的额定负荷范围时对一次侧B相触头在24 小时的温度监测记录，它反应了全天触头温度的变化过程。从图中可以看出，从午夜0点到早晨6 点之间触头的温度最低，这一方面是由于用电负荷较小，另一方面与气温较低有关;从早晨6 点开始随着用电负荷的增大，触头的温度也开始升高，到9点用电负荷趋于稳定，但由于气温的逐渐升高触头温度也开始上升，到14 点时温度达到最高;从14点到18点之间由于气温的降低，触头的温度也逐渐变小;同时从18 点后，由于用电负荷的增大，触头温度又开始上升，到22 点时达到最高;此后随着用电负荷的减小，触头温度也逐渐降低。通过对24小时触头温度的记录分析可以看出，光纤光栅触头温度测量系统能够正常工作，其记录数据正确反应了触头温度与开关柜的工作负荷和周围空气温度之间的变化关系，说明了光纤光栅触头温度测量系统的方案是可行的。

5 结论

　　本文利用光纤光栅传感器的体积小、抗电磁干扰能力强、绝缘性好等优点，代替电子类传感器实现了对高压开关柜隔离触头的温度监测，此方案不需要复杂的绝缘设计，因此具有简单、可靠的优点。此方案中，解决了光纤光栅温度传感器的应变交叉敏感影响，在光路的复用上采用了空分复用加波分复用的方案，提高了系统的可靠性和实时性。此系统在10kV 高压开关柜上进行了测试，系统能够正常运行，说明本方案是可行的。