关于“温度在线监测”技术在电气火灾预防方面的应用
【 摘 要】本文结合某大型商业大厦配电系统温度在线监测装置的实际应用，对电气设备温度在线监测技术进行了介绍，并重点介绍了射频温度监测技术在电气火灾预防方面的应用。
【 关键词】温度在线监测;电气设备;火灾预防;应用技术
随着我国人民生活水平的日益提高，近年来城市的大型商业大厦越来越多，其低压配电系统容量亦越来越大。由于气候冷热变化、材料老化、绝缘下降、锈蚀、松动等原因，各类电气接头和触头，易造成接触不良、接触电阻增大，在电流通过时，容易造成发热而烧毁设备，引发电气火灾，虽然系统拥有完善的漏电、过压、过流、短路等保护措施，但都不能全面解决系统中的局部过热故障，很多火灾事故的发生都与电气设备的过热有关，据有关调查资料统计，电气火灾约占各种火灾总数的 50%，其中绝大多数都是因局部过热引起的。
因此， 对电气设备的故障高发点与电流进行切实有效的实时监控，不仅是电气系统安全可靠运行的基础性工作，而且亦能有效预防和控制电气火灾事故的发生，具有重大的意义。
一、温度在线监测技术国内外的发展情况
1.红外测温技术
国外红外成像仪的工业化应用是在上世纪 60 年代中期，最早出现是在瑞典。 60 年代我国的东北电力科技改进局、 沈阳电业局和长春研究所联合研制出我国第一代为电力设备探测诊断用的红外测温仪，使电力设备的过热故障和电气火灾事故有了明显下降，但是在实用中由于不具备扫描功能和仪器本身距离系数的限制而存在很大的局限性，而且无法直接解决电器设备内部温度的实时监测问题;华东电力试验研究所于上世纪 70 年代末研制成功第二代红外测温仪，但因为产品结构笨重、携带不便、操作调校复杂、探测中温度由指针显示，测温精度和仪器可靠性也不算高，因此没有推广使用。 近些年，随国内外红外测温技术的不断进步，红外测温仪精度能够符合一些场合的需要。 但红外测量方法的缺陷是可能受局部温度的影响，不能准确测量到接点的温度，造成数据不准确。 虽然现在红外测温仪在国际和国内市场占有一些份额，但主要市场是红外便携式测温仪。
2.光纤测温技术
针对红外测温的红外成像技术无法使红外辐射穿透外壳直接监测设备内部真实温度的情况，美国路克公司在美国电力研究所(EPRI)的资助下，研制了专为电力系统应用而开发生产检测变压器绕组温度的荧光光纤测温装置，这是一种全新的在线监测电器设备内部温度的仪器。 1994 年美国路克公司的光纤测温仪得到了 ISO9002 认证，质量达到了更高水平，在此基础上，美国企业发展有限公司(Enterprise Marketing Inc.EMI)联合中国和美国的电力光学专家于 1994 年开始向中国介绍测发电机、高压开关和变压器等高压电器设备内部热点温度的光纤测温仪，加速了我国光纤测温技术的研究。光纤测温法由于光纤具有良好的电气绝缘性和抗电磁干扰能力，可以将探头埋设在电力设备内部的选定部位，直接测出该点的实际温度变化，在寻求温度传感的其他替换手段的所有的研究活动中，光导纤维的测温学为最活跃的研究与开发领域之一。 但光纤测温系统成本也相对较高，光纤的抗物理损伤能力比较弱，这一特性造成光纤测温系统的安装和改造比较麻烦，只适用于抗扰度很高要求的场合。
3. 射频测温技术
上世纪 80 年代，国外开始把射频技术应用于电力及其配套设备温度监控领域。 由于有成熟的射频监控技术作为技术后盾，射频测温发展十分迅速，在国外射频测温技术已比较成熟。国内射频测温技术从上世纪 80 年代开始研究，在 2001 年后国内射频测温产品才出现。 如今市场已有一定的产业化规模，其中代表性的企业有深圳英唐公司、珠海格瑞公司等。 因为它可对开关柜、电容补偿柜、电力电缆、母线桥架、变压器及重要电气设备的电缆电流及温升故障进行实时在线监测，有效的预防了电气设备和火灾事故的发生，同时亦为供电管理部门提供了用电分配决策依据， 所以，射频测温方式得到电力、 石化、交通、钢铁等国家重要行业企业越来越多的青睐，目前在国内一些大型商业大厦配电系统温度在线监测装置也开始投用，并在实际应用中取得良好的运行效果。
二、温度在线监测技术的比较及应用展望
温度在线监测技术是基于微电子、智能监测、智能控制等技术上发展起来的，集微控制系统、自动化、通讯、网络等一体的高新技术。 我们通过对现行最常用的几种测温技术进行比较，并据此展望其应用前景。
1.技术比较
现在温度在线监测技术最常用的三种测温方法各有特点：
① 绝缘性
光纤本身绝缘性较好，但运行时间长以后，光纤表面受积灰、吸潮影响，存在爬电、短路的隐患，安装后柜内存在多根光纤处于高低电位之间，防污闪能力差是这种测温方式的最大隐患;红外测温方式测温部件处于低电位，无绝缘隐患，只要距离够，不受电压等级影响;射频测温方式最大的特点是采用无线数据传输技术，直接接触式测温，电位通过高频射频通讯，隔离彻底，无绝缘隐患。
② 测温范围
在电力设备中， 光纤测温方式的测温范围通常为-20℃ ～125℃ 左右;红外测温方式的测温范围通常为-20℃ ～ 200℃ 左右;射频测温方式的测温范围通常为-20℃ ～ 200℃ 左右。
③ 测温精度
光纤测温方式的测温精度通常为± 0.5℃ 左右;射频测温方式的测温精度通常为± 1℃ 左右;红外测温方式测量的温度值由于受电磁干扰强度、环境温度、测温点距离等因素的影响，测得温度值和实际值偏差相对较大，测温精度波动较大。
④ 安装方式及其分析
光纤测温通常将光纤直接缠绕在需要测温高电位的部位，用胶粘的方式固定光纤，一根光纤贯穿所有测温点;红外测温通常将红外光学探头直接对准需要测温部位;射频测温通常根据测温的部位特点安装，如采用专用自粘胶带、不锈钢金属扎带或利用原有母线螺栓固定温度传感器和数据发射模块等方式安装。
光纤测温方式光纤传感器直接固定在高电位，时间长了，粘胶有老化脱落的隐患，且光纤弯曲半径需要在 3CM 以上，不能弯死角，光纤本身材质较脆易断，施工有一定难度，对测量位于触头盒内的触头温度，较难实现。
红外测温方式固定于低电位，安装牢固、简便，但探头与被测点中间不能有隔挡及光学镜头有距离要求，因电气设备型号多、结构复杂，选择合适的位置及对准测温点有一定难度，易造成测温不准。
射频测温方式根据测温的部位特点安装，直接固定在测温点，安装牢固、简便，测温位置不受结构影响，可直接装于触头盒内的静触头与母线连接处，具有测温直接、准确的特性。
2.应用前景
总之，红外测温技术更适合对外露点的便携式测量;光纤测温技术由于成本较高，且对于设备还存在绝缘隐患，故在应用中有一定的局限性;射频传感技术由于存在布线简单、方便、成本低的特点，该技术已被越来越多的领域应用。随着该技术的迅猛发展，体积减小，成本和功耗的逐步减少，射频测温技术在各行业领域的大面积应用已成为必然趋势。
三、射频测温技术在某商业大厦低压配电系统中的应用调研
1.测温技术的应用背景
某商业大厦是一座现代化的智能商业、酒店、宾馆及办公大厦，有先进的自动化设备、现代化办公及通讯设备，高度智能化的管理和控制。建有低压配电站，拥有数公里的电缆沟和电缆夹层，开关柜是抽屉式全封闭低压柜，在运行中暴露出抽屉内部电气元件和开关动静触头处的温度无法人工监测的弊端( 以前开放式的配电间隔可使用测温枪或试温片监测)，配电系统曾发生多起开关动静触头和电缆过热故障，有时故障点温度超过 100℃ ，差点酿成火灾事故，如果仅靠原始的巡检手段，不能及时发现隐藏在开关柜内部和各处电缆的温升隐患。因此， 该商业大厦决定对低压配电系统进行温度在线监测改造，以实时监测设备安全隐患。
2.技术改造方案的选择
经过多方调研和对比，选用了采用射频通讯技术的测温装置，之所以选用该技术，原因如下：市场上现有的在线测温技术基本上有三种— — 光纤、红外和射频。光纤技术由于是有线通讯，在配电系统中使用，存在着爬电”的风险，事实上，确实发生过爬电引发的短路事故;红外技术虽是不接触测温，但需要通过严格定位测量测点的温度，各种因素致使测温严重不准，更重要的是，与射频测温技术相比，改造难度较大，可维修性较差 ( 有时需要母线停电，甚至还受空间限制);而射频测温技术，通常安装方式只需将温度传感器紧贴在测温点处，用专用的高压自粘扎带将其紧紧固定安装在测温点处，如：开关触头的根部，电缆的进出线接头、电容器的表面等，安装方便，维修方便( 无需停电)，同时也克服了 “ 爬电”的风险。
① 现场监测仪器
在该商业大厦配电站值班室设工控机和数据集线器，检测到的各点温度、电流通过数据集线器集中直接上传到后台工控机上，通过浏览工控机显示屏的显示界面，管理人员可直观方便地观察各个电气接点当前的温度数据、电流值及历史报警事件记录等数据信息，可同时处理 600 多个电气接点温度的实时温度数据。并在工控机上预留通讯接口，将全部检测的温度数据及电流值与火灾报警系统相联动。
② 信号采集
信号采集由温度接收模块、温度采集发射模块组成，模块外壳采用高强度防火工程塑料，其温度范围 0℃ -150℃ ，模块内部加注树脂胶，拥有优秀的绝缘、防水、防气、防腐能力。 采用先进的微电子技术、无线射频通讯技术，将各测温/电流采集模块与发射模块巧妙地结合在一起，收发射模块选用无线高频载波方式，一个接收模块可同时接收 1-12 个发射模块的数据，通信距离最远可达 100m。 温度采集发射模块安装方便，只需将无线感温传感器直接安装于电缆接头处外层和断路器触头处，本模块具有完全的电气隔离和在强磁干扰、环境恶劣的地方正常工作的能力。
3.实施效果评价
该商业大厦此项改造主要应用于电气低压系统的开关触头及电缆接头处，对各层面 600 多处有可能产生异常温升故障点安装了无线感温传感器，并使系统与火灾报警系统实行相联动。项目实施运行后，产品质量可靠，测温效果良好，能实时监 测电气设备的温度，及时发现电气设备温升隐患，为预防电气火灾的发生提供了一个有效的监控手段。
电气火灾往往都是因电气设备的温度异常引发的，电气设备在额定状态或正常状态下，其产生与散发的热量应处于动态平衡状态，不应该出现危险的过热现象，但随着设备绝缘老化或接触电阻增大等原因，难免出现过热温升，进而引发电气火灾的发生，事前监控预防尤为重要。射频温度在线监测技术安全性好，可靠性高，安装方便，成本低廉，可为大型商业大厦配电系统的安全稳定运行和预防电气火灾提供一个有效的保证手段。
