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【摘 要】随着现代电力向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，对电力系统设备可靠性也提出了越来越高的要求。温度对电力系统设备而言是一个重要的参数，对其关键点温度进行准确、实时的监测，有助于及时发现并排除存在的故障，保证其安全可靠的运行。
【关键词】温度在线监测；实时监测；状态监测；故障诊断；光纤测温技术
前言
我国电力系统正处在特殊的发展阶段。虽然大网络已经建成，但网络还比较薄弱，安全稳定水平还比较低。目前，电网在加强“一次”系统电源和电网建设的同时，要比发达国家更多的依靠“二次”，新的控制和自动化设备来弥补“一次”的不足。因此电力系统自动化监测技术在我国电力系统发展中占有十分重要的地位。
电力系统的根本任务是“安全、可靠、优质”地供应电能。但是在系统运行过程中，由于受到电、热、机械、环境等各种因素地作用，运行环境劣化，容易导致故障。特别是电气设备的接头温度过高、绝缘老化等。容易造成接头处绝缘变差或烧崩突发故障引起火灾，给电力生产现场带来严重的不安全隐患，短时间无法恢复生产的严重事故，造成重大经济损失和社会影响。
1、发展以状态监测和故障诊断为基础的状态维修，必须以在线状态监测为基础。
提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质的材料及先进的工艺，优化设计，合理选择裕度，力求在工作寿命内不发生故障，但这样会导致制造成本增加。另一方面，是对设备进行必要的检修和维护。早期指设备在使用过程中发生故障才进行维修，称为事故维修，这样电气设备突发性事故将造成很大损失。其后发展成定期试验和维修、即预防性维修。现在定期预防性维修己在电力部门形成制度，对减少和预防事故的发生起到了很好的作用。
预防性试验是在离线状态下进行的，有很多不足之处：
1）离线状态试验需要停电进行，但是不少负荷不能随便退出运行。
2）停电后电气设备状态和运行中不完全相同，影响判断准确度。
3）由于是定期周期性检查，而不是实时连续性监测设备仍有可能在试验间隔期间内发生故障。
4）由于是定期检查和维修，设备状态即使良好也要按照计划进行检查和维修，这样容易造成人力、物力的浪费，甚至由于拆装过多而造成设备损坏，即维修过度。
因此，目前正在发展以状态监测和故障诊断为基础的状态维修。其基本原理如下：设备的老化和缺陷的发展具有统计性，发展的速度也有快有慢，但大多数具有一定的发展期，在这期间会产生各种前期征兆，表现为电气、物理、化学等特性发生少量渐进性的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术的发展，可以实现对电气设备进行在线状态监测，及时取得的信息很微弱。对这些信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势可以对设备的可靠性随时做出判断、对设备的剩余寿命做出预测，从而能够早期发现潜伏的故障，必要时可以提供预警或者按照预先设定的操作进行动作。在线状态监测的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的监测和判断，故可以避免预防性试验的缺点。
2、依靠光导纤维的优良特性，发展出光纤测温技术。
本文选取变电站触头测温为研究对象，通过在线状态监测方式，实现对设备运行状态的全程监控。在温度测量的选择上，有几种不同的方法。
热敏电阻式测温系统：可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常校验，因此不常采用。
红外探头测温系统，可以在线监测，但由于系统稳定性不高，外加受环境影响严重，误报较多，也不常采用。
电传感光传输测温系统，可以显示温度值，但是由于采用电学原理测量，因此只适合6KV以下的开关使用，对于高电压等级的开关则无能为力。
针对上述情况研制出了光纤测温系统，光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。
光纤测温主要原理是利用光的某一性质（如强度、偏振、频率、相位等）受到被测量的调制后由光发送器经光纤传送，己调制的光经接收元件耦合到光接收器，使光信号变为电信号传至微处理器单元完成显示、控制等功能。光纤测温技术具有良好的电绝缘性，不受电磁场干扰，特别适用于高电压、大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中，还具有高灵敏度、高精度、高速度等特点，但光纤技术要求较高，系统结构复杂，成本较高。
3、光线测温系统的基本结构
3.1光线测温系统在功能上主要包含以下基本单元：
1）信息的检出及适配单元：由相应的传感器从待测设备上检出反映设备状态的物理量，并将其转换成合适的信号，向后续单元传送。
2）数据采集及前置单元：对传感器变送来的信号进行预处理，主要是对混杂在信号中的干扰进行抑制以提高信噪比。对经过预处理的信号进行A/D转换及采集记录。
3）信息的传输单元：将采集到的信息传送到后续单元。对于固定式监测系统，因数据处理单元远离现场，故需配置专门的信息传输单元；对便携式检测装置，只需对信号进行适当的变换和隔离。
4）数据处理单元：对所采集到的数据进行处理和分析，例如读取特征值，作时域频域分析、平均处理等，为诊断提供有效的数据。
5）诊断单元：对处理后数据及历史数据、判断、规程以及运行经验等进行分析比较，对设备的状态及故障部位作出判断，为采取进一步措施提供依據，必要时提供报警。
3.2光纤测温系统在结构上由以下几部分构成：1、光纤温度传感器，2、连接光纤，3、光纤温度测量仪。 1）光纤温度传感器由测温点、光纤调制器和光纤接口三部分组成，如图所示，测温点用于测量温度，并将温度信号传到光纤调制器，光纤调制器将温度信号调制成光信号，并将光信号通过光纤传导到光纤监测仪的主机。
光纤式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的裸露触点和母线连接处的运行温度。测温点具有小巧的体积，当与被测物体表面直接接触时，能保证快速测量温度的变化。为了准确测量物体表面的温度，应保证传感器的感温面与被测物体的表面紧密接触。
2）连接光纤：光纤式温度传感器的传感头与光纤被设计为可拆卸的结构，这种设计非常适于现场的安装，并可根据安装现场的环境，选择不同长度的光纤。由于安装空间狭小，因此在进行光纤布线时要注意光纤的弯曲半径不能小于20mm，小于这个弯曲半径，可能对光纤造成损伤。
3）光纤温度测量仪：对由光纤传输过来的信号运算进行处理。主要有以下功能：温度显示、运行状态指示、报警功能、RS-485网络接口等。
4、光线测温系统现场应用实例
房山于庄35kV变电站的35kV母线接头根据要求需要加装温度在线监测装置，根据现场情况，因2台进线开关已带电，不能安装测点外，其余部分需安装84个温度点，采用Nsmart8光纤温度监测仪来在线监测每个35kV母线接点的运行温度，设计一台上位计算机用于集中监测温度，计算机采用工控机，安装在站内控制室，Nsmart8光纤温度监测仪安装在对应开关柜的柜门上，以方便就地观察温度。
光纤温度传感器安装在母线接头的母排上，对于每台开关，在母线室和开关室各有6个测温点需要安装，系统共有84个温度传感点，温度传感器的具体安装位置及测点编号见下图：
每台光纤监测仪表可以通过RS485接口联网，通过上位计算机集中监测开关柜的运行温度。上位计算机安装在控制室中，实现温度的显示、报警和历史记录等功能。
5、光纤测温系统现场应用效果
6、结论：
通过在变电站运行现场安装光纤测温系统，可以准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。
参考文献：
[1]郭永基.电力系统及电力设备的可靠性[J].电力系统自动化，2001，9
[2]张元林，王文胜，徐大可.变电站电气设备在线监测综述[J].高压电器，2001，5
[3]王珏，王维民，多路全介质光纤温度监测系统的设计及研究[J].仪表技术与传感器2000，11
作者简介：
张正宏（1976-），男，大本，山東大学电气工程及其自动化专业，现从事工程管理工作。
【关键词】温度在线监测；实时监测；状态监测；故障诊断；光纤测温技术
前言
我国电力系统正处在特殊的发展阶段。虽然大网络已经建成，但网络还比较薄弱，安全稳定水平还比较低。目前，电网在加强“一次”系统电源和电网建设的同时，要比发达国家更多的依靠“二次”，新的控制和自动化设备来弥补“一次”的不足。因此电力系统自动化监测技术在我国电力系统发展中占有十分重要的地位。
电力系统的根本任务是“安全、可靠、优质”地供应电能。但是在系统运行过程中，由于受到电、热、机械、环境等各种因素地作用，运行环境劣化，容易导致故障。特别是电气设备的接头温度过高、绝缘老化等。容易造成接头处绝缘变差或烧崩突发故障引起火灾，给电力生产现场带来严重的不安全隐患，短时间无法恢复生产的严重事故，造成重大经济损失和社会影响。
1、发展以状态监测和故障诊断为基础的状态维修，必须以在线状态监测为基础。
提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质的材料及先进的工艺，优化设计，合理选择裕度，力求在工作寿命内不发生故障，但这样会导致制造成本增加。另一方面，是对设备进行必要的检修和维护。早期指设备在使用过程中发生故障才进行维修，称为事故维修，这样电气设备突发性事故将造成很大损失。其后发展成定期试验和维修、即预防性维修。现在定期预防性维修己在电力部门形成制度，对减少和预防事故的发生起到了很好的作用。
预防性试验是在离线状态下进行的，有很多不足之处：
1）离线状态试验需要停电进行，但是不少负荷不能随便退出运行。
2）停电后电气设备状态和运行中不完全相同，影响判断准确度。
3）由于是定期周期性检查，而不是实时连续性监测设备仍有可能在试验间隔期间内发生故障。
4）由于是定期检查和维修，设备状态即使良好也要按照计划进行检查和维修，这样容易造成人力、物力的浪费，甚至由于拆装过多而造成设备损坏，即维修过度。
因此，目前正在发展以状态监测和故障诊断为基础的状态维修。其基本原理如下：设备的老化和缺陷的发展具有统计性，发展的速度也有快有慢，但大多数具有一定的发展期，在这期间会产生各种前期征兆，表现为电气、物理、化学等特性发生少量渐进性的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术的发展，可以实现对电气设备进行在线状态监测，及时取得的信息很微弱。对这些信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势可以对设备的可靠性随时做出判断、对设备的剩余寿命做出预测，从而能够早期发现潜伏的故障，必要时可以提供预警或者按照预先设定的操作进行动作。在线状态监测的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的监测和判断，故可以避免预防性试验的缺点。
2、依靠光导纤维的优良特性，发展出光纤测温技术。
本文选取变电站触头测温为研究对象，通过在线状态监测方式，实现对设备运行状态的全程监控。在温度测量的选择上，有几种不同的方法。
热敏电阻式测温系统：可以显示温度值，但由于每个热敏电阻都需要独立的接线、布线复杂且热敏电阻易损坏、维护量大；传感器不具备自检功能，需要经常校验，因此不常采用。
红外探头测温系统，可以在线监测，但由于系统稳定性不高，外加受环境影响严重，误报较多，也不常采用。
电传感光传输测温系统，可以显示温度值，但是由于采用电学原理测量，因此只适合6KV以下的开关使用，对于高电压等级的开关则无能为力。
针对上述情况研制出了光纤测温系统，光纤温度传感器采用光导纤维传输温度信号，光导纤维具有优异的绝缘性能，能够隔离开关柜内的高压，因此光纤温度传感器能够直接安装到开关柜内的高压触点上，准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。
光纤测温主要原理是利用光的某一性质（如强度、偏振、频率、相位等）受到被测量的调制后由光发送器经光纤传送，己调制的光经接收元件耦合到光接收器，使光信号变为电信号传至微处理器单元完成显示、控制等功能。光纤测温技术具有良好的电绝缘性，不受电磁场干扰，特别适用于高电压、大电流、强磁场噪声、强辐射等恶劣环境中，还具有高灵敏度、高精度、高速度等特点，但光纤技术要求较高，系统结构复杂，成本较高。
3、光线测温系统的基本结构
3.1光线测温系统在功能上主要包含以下基本单元：
1）信息的检出及适配单元：由相应的传感器从待测设备上检出反映设备状态的物理量，并将其转换成合适的信号，向后续单元传送。
2）数据采集及前置单元：对传感器变送来的信号进行预处理，主要是对混杂在信号中的干扰进行抑制以提高信噪比。对经过预处理的信号进行A/D转换及采集记录。
3）信息的传输单元：将采集到的信息传送到后续单元。对于固定式监测系统，因数据处理单元远离现场，故需配置专门的信息传输单元；对便携式检测装置，只需对信号进行适当的变换和隔离。
4）数据处理单元：对所采集到的数据进行处理和分析，例如读取特征值，作时域频域分析、平均处理等，为诊断提供有效的数据。
5）诊断单元：对处理后数据及历史数据、判断、规程以及运行经验等进行分析比较，对设备的状态及故障部位作出判断，为采取进一步措施提供依據，必要时提供报警。
3.2光纤测温系统在结构上由以下几部分构成：1、光纤温度传感器，2、连接光纤，3、光纤温度测量仪。 1）光纤温度传感器由测温点、光纤调制器和光纤接口三部分组成，如图所示，测温点用于测量温度，并将温度信号传到光纤调制器，光纤调制器将温度信号调制成光信号，并将光信号通过光纤传导到光纤监测仪的主机。
光纤式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的裸露触点和母线连接处的运行温度。测温点具有小巧的体积，当与被测物体表面直接接触时，能保证快速测量温度的变化。为了准确测量物体表面的温度，应保证传感器的感温面与被测物体的表面紧密接触。
2）连接光纤：光纤式温度传感器的传感头与光纤被设计为可拆卸的结构，这种设计非常适于现场的安装，并可根据安装现场的环境，选择不同长度的光纤。由于安装空间狭小，因此在进行光纤布线时要注意光纤的弯曲半径不能小于20mm，小于这个弯曲半径，可能对光纤造成损伤。
3）光纤温度测量仪：对由光纤传输过来的信号运算进行处理。主要有以下功能：温度显示、运行状态指示、报警功能、RS-485网络接口等。
4、光线测温系统现场应用实例
房山于庄35kV变电站的35kV母线接头根据要求需要加装温度在线监测装置，根据现场情况，因2台进线开关已带电，不能安装测点外，其余部分需安装84个温度点，采用Nsmart8光纤温度监测仪来在线监测每个35kV母线接点的运行温度，设计一台上位计算机用于集中监测温度，计算机采用工控机，安装在站内控制室，Nsmart8光纤温度监测仪安装在对应开关柜的柜门上，以方便就地观察温度。
光纤温度传感器安装在母线接头的母排上，对于每台开关，在母线室和开关室各有6个测温点需要安装，系统共有84个温度传感点，温度传感器的具体安装位置及测点编号见下图：
每台光纤监测仪表可以通过RS485接口联网，通过上位计算机集中监测开关柜的运行温度。上位计算机安装在控制室中，实现温度的显示、报警和历史记录等功能。
5、光纤测温系统现场应用效果
6、结论：
通过在变电站运行现场安装光纤测温系统，可以准确测量高压触点的运行温度，实现开关柜触点运行温度的在线监测。
参考文献：
[1]郭永基.电力系统及电力设备的可靠性[J].电力系统自动化，2001，9
[2]张元林，王文胜，徐大可.变电站电气设备在线监测综述[J].高压电器，2001，5
[3]王珏，王维民，多路全介质光纤温度监测系统的设计及研究[J].仪表技术与传感器2000，11
作者简介：
张正宏（1976-），男，大本，山東大学电气工程及其自动化专业，现从事工程管理工作。