20kV气体绝缘金属封闭开关(GIS)红外在线测温系统设计

对电力行业来说，加强自身的节能降耗对发展循环经济，热快建设资源节约型社会，促进经济发展意义十分重大。因此，国家在发展1000kV及以上特高电压的同时，也积极研究和优化中压电压等级并发震20kV电压等级。

20kV电压与lOkV电压相比，在同等异线截面及电流密度的情况下，在输送相同的电功率时，其合理送电距离可增加近一倍，线路的经济负荷可增加约四倍。在传送相同的距离和相同功率的前提下，电能损失降低50％，电能损失降低75％，可减少变电站配电出线器路数一半，对负荷密集地区可避免毒线过多带来通道路径等困难。在额定电流与短路电流分别相同的条件下，采用20kV电压比10kV电压可扩大变电站的容镦一倍，在同一地区可使设置降压变电站的数量减少一半。因此，江苏省供电公司在公司系统中压配电网推广20kV电压等级供电，并积极采用20kV气体绝缘金属封闭开关(GIS)设备，以进一步降损常缆、提高供电能力，应我省经济会和电网发展的新形势，提升配电网的供电能力和适应性，降低配电网损耗和供电成本，节省土地资源。

220kV气体绝缘金属封闭开关的特点

气体绝缘金属封闭开关(GIS)是将断路器、隔离开美、接地开关、母线等高压元件集中装在密封的金属箱体中，其内部究以低压力的sR气体作为绝缘介质，使整个高聪系统处于完全封闭的状态，不受外界环境条件影响。

20kVGIS的技术含量较高，它是将sK绝缘技术、密封技术与空气绝缘的金属封闭开关设备制造技术进行有机结合的产物。SF6是一种无色、无味、无毒、不可燃的惰性气体，具有优异的冷却电弧特性，广泛应用于毫逐电气设备中终为冷却和灭弧介质。20kV GIS利用低压力的SF6气体、固体绝缘材料以及特定的绝缘结构将高压导体、高压元件密封，达到额定绝缘水平的要求；通过密封壳体

预留的插座孔由插接式电缆终端实现进出线，保证电能的安全高效传输；利用真空开断技术对线路的负荷电流、及短路电流进行控制和保护；特别适用于对尺寸和时靠性要求较高以及自然条件相对恶劣的场所，如对可靠性要求离基空间狭小受限制的工矿企或城市地铁变电站等。

3 开发GIS红外在线测温系统的必要性

3．1GIS测温的重要性及目前测温方法所存在的问题

GIS设备触头接触不良时，因接触宅阻变大，谯受载电流流过时会产生发热现象。触点、母线过热会引起绝缘老化甚至击穿，获而引发短路，形成黧大事故。因此。检测和监视GIS设备触点、母线和离压电缆接头的温度，对GIS的安全靠运行具有非常重要的意义。据不完全统计，国内的众多发电公司、电力公司所采用的GIS{均不同程度出现过封闭母线、隔离开关、电缆头等部件由于绝缘老化或接触不良而造成漱度异常变化，进而引发事故的现象。为此，电网公司制定专门技术规范，要求对GIS设备的过热部像进行温度监测，做到温度越限报警，以保障电力设备的安全生产：秘提裹设备运行的可靠性。

GIS是全封闭式高压带电设备，发热点处予没备内部不便棱测。目前主要采用在GIS柜上开监视窗孔，然后使用热像仪或点温仪对设备进行定期巡检的方法。而热像仪或点温义只能反映巡检当时触点的发热情况，不能实现在线实时测温，更不能及时发现温度场的持续性变化，对于及时发现设备隐患帮助不大。此外，还有通过光纤传导的方式进行温度监测的方法，但是由于该方法需将感温了亡件紧贴在被测物表丽，属于接触式测温，对于GIS的安全运行无疑会造成一定的隐患。

3．2 GIS红外测温系统的特点

（1)红外测温原理

自然界一切温度高于绝对零度的物体都在不断地、自发地辐射出红外线。红外辐射是～种波长在0．76—1000lxm之间的电磁波。红外辐射的物理本质是热辐射，其热效应较可见光强得多，但人的眼睛对红外线不敏感，所以必须用对红外线敏感的红外探测仪接受。向外发出的红外辐射，以光的速度传播能量，辐射能量的大小及其波长的分布，与它的表面温度有着十分密切的关系。对予黑体物质而言，辐射的能量完全决定该物体的温度。物体的温度越高，发出红外辐射的能量也越大，而且只要温度有微小变化，就可引起辐射能量明显的变化。因此，通过测量物体自身辐射的红外能璧就可准确测定该物体的表面温度。

（2）本系统功简介及特点

GIS运行时必然伴随着内部温度场的改变，本系统就根据红外线测温原联，将高精度无原本安型红外温度传感器内置于GIS各SF,气室中，实时鉴测气室中各节点温度场变化，并通相应的硬件及软件设计将检测结果反应于变电站综合自动化系统主控计算机中，据此实现在线监测GIS温度变化，对触点过热等现象做出判断，并可根据温升程度发出不同级别的警报通知运行人员采取不网的措施。

与目前常用的GIS测温方法相比，该系统应用予20kVGIS具有明显的优点：①由于20kVGIS内部结构紧凑，需要测温的触点不多，故本系统只需很少几只红外温度传感器就能实现整台GIS的在线监测，简化了系统结构并大大降低成本。②采用本安型红外温度传感器。采取非接触测温方式，对GIS酶安全运舒举会产生任何影响。③红外传感器抗干扰能力强，应用于20kV的较低电场中可达到高测温精度，并可简化抗干扰系统的设计。

4系统的基本结构

本系统由信号采集单元、数据采集单元、数据监测管理单元三部分组成，信号采集单元的最底层是红外温度传感器，在GIS各个气室需要监测的节点上加装相应的红外温度传感器，通过数据线将温度数据上传输数据采集单元；数据采集单元负责将数据汇总，同时将温度数据和报警信号通过RS485总线上传至数据监测管理单冗；数据监测管理系统将数据采集单元传来的信息汇总，并留出通讯口，以便依据据标准协议通过RS485总线将本系统与变电站综合自动化系统相连。系统的基本机构如图1所乐。

5系统的硬件实现

5．董信号采集单元的硬件实现

选用EXERGEN公司标准型IRt／c红外温度传感器作为终端测温元件，IRt／c系列红外线温度传感器具有高精度，非接触，无须电源，热电偶信号输出的特点，对CIS的正常运行不会造成不利影响。

考虑到现场的测量要求和安装方式，需要确定红外温度传感器的光学参数。红外温度传感器的具体安装图2，目标测量距离为10—50cm，目标直径《10cm，应选取的红外传感器视场张角为600，系数(即视场直径与测量距离的比值)为5：1。

红外温度传感器所采集的温度信息在其内部转换为温差电势的形式，由其自带的双绞屏蔽电缆输出松枝数据采集单元。由于IRt／c型红外传感器采用超过NEMA4等级的封装技术，故而信号采集单元对电磁干扰有着很好的抵抗作用。