福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院的研討人員林晨炯、林珍、吳雅琳，在2019年第5期《電氣技能》雜志上撰文指出，因?yàn)殡娏﹄娎|接頭絕緣資料欠好、觸摸電阻過(guò)大或制作工藝不合格等原因，會(huì)引起電纜接頭溫度過(guò)高，構(gòu)成電纜接頭處絕緣老化乃至擊穿，因而，以溫度為標(biāo)準(zhǔn)去監(jiān)測(cè)電力電纜接頭的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，對(duì)有用防備事端發(fā)作具有重要意義。
本文總結(jié)了幾種現(xiàn)有的電纜接頭測(cè)溫辦法，并對(duì)每種測(cè)溫辦法的原理及其優(yōu)缺陷進(jìn)行總述。終究，展望了電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)的開(kāi)展方向。
跟著城市生活用電和出產(chǎn)用電的需求越來(lái)越大，電網(wǎng)開(kāi)展勢(shì)頭日漸迅猛，對(duì)配電線(xiàn)路的安穩(wěn)性也提出了更高的要求。電力電纜作為城市內(nèi)傳輸電能的首要通道，均勻每年以35%的增量快速開(kāi)展。電纜毛病往往是由接頭引起，而6～10kV的配電電纜每隔300～500m中就有一個(gè)接頭。因而，電纜接頭在雜亂的配電網(wǎng)絡(luò)中不行勝數(shù)，存在的安全隱患不行小覷。絕緣水平下降往往是電力電纜接頭呈現(xiàn)毛病的主因。
絕緣水平下降，走漏電流增大，損耗隨之添加，終究導(dǎo)致溫度升高；溫度升高又會(huì)加快絕緣老化，走漏電流增大，溫度再升高，終究導(dǎo)致絕緣擊穿。因而，可將電纜接頭溫度作為電纜運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的一個(gè)參量，對(duì)電力電纜的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
1 電纜接頭測(cè)溫辦法
電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外已有不少的研討成果。以信號(hào)收集辦法區(qū)分，首要有電信號(hào)測(cè)溫文光信號(hào)測(cè)溫兩類(lèi)；以有無(wú)電源來(lái)區(qū)分，首要有有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫文無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫兩類(lèi)。
電信號(hào)測(cè)溫法首要有熱電偶測(cè)溫文集成傳感器測(cè)溫兩類(lèi)。光信號(hào)測(cè)溫法首要包含紅外測(cè)溫、光纖光柵測(cè)溫文根據(jù)拉曼散射的散布式光纖測(cè)溫。有源無(wú)線(xiàn)的測(cè)溫法首要包含數(shù)字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。選用無(wú)源無(wú)線(xiàn)的測(cè)溫辦法是一種新式的測(cè)溫途徑，首要代表是聲外表波測(cè)溫。
2 電信號(hào)測(cè)溫
2.1 熱電偶測(cè)溫（略）
熱電偶是自發(fā)電型傳感器，無(wú)需外加電源即可丈量溫度。熱電偶傳感器的測(cè)溫原理是根據(jù)熱電效應(yīng)。熱電偶測(cè)溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同原料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)接點(diǎn)1和接點(diǎn)2之間的溫度不一起，便在回路中發(fā)作熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象便是熱電效應(yīng)。
在測(cè)溫時(shí)，將接點(diǎn)1焊接起來(lái)作為丈量端，放置于被測(cè)溫度所在地；一起分隔接點(diǎn)2，接入顯現(xiàn)外表或許變送器，稱(chēng)為參比端，參比端要堅(jiān)持溫度安穩(wěn)。
圖1 熱電偶測(cè)溫示意圖
熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略、制作便利、測(cè)溫規(guī)模寬、準(zhǔn)確度較高、安穩(wěn)性好以及熱慣性小等長(zhǎng)處，但一起也存在兩個(gè)缺陷：①裝置時(shí)，當(dāng)電纜接頭較多的情況下，布線(xiàn)冗雜，現(xiàn)場(chǎng)難以保護(hù)；②參比端的溫度需求堅(jiān)持安穩(wěn)。而電纜運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境不同，溫度也會(huì)不同，此刻參比端的溫度會(huì)隨之改動(dòng)且極難批改。因而，熱電偶常用于鋼鐵工業(yè)中鋼水溫度的接連丈量和反響堆測(cè)溫，監(jiān)測(cè)電纜接頭溫度時(shí)不常選用此辦法。
2.2 集成傳感器測(cè)溫（略）
集成傳感器由硅半導(dǎo)體制成，也稱(chēng)其為硅傳感器。它的基本原理是將補(bǔ)償電路、擴(kuò)大電路和靈敏元件集成封裝在一個(gè)殼體中，經(jīng)過(guò)丈量PN結(jié)的電流和電壓數(shù)值來(lái)確認(rèn)待測(cè)物體溫度的巨細(xì)。
集成傳感器測(cè)溫具有反響快、性?xún)r(jià)比高、體積小以及線(xiàn)性好的特色，合適電纜接頭溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，缺少之處在于要防備電纜的電磁攪擾對(duì)測(cè)溫精度的影響。
3 光信號(hào)測(cè)溫
3.1 紅外測(cè)溫（略）
紅外測(cè)溫理論是由普朗克黑體散布規(guī)律開(kāi)展而來(lái)。紅外測(cè)溫法是經(jīng)過(guò)紅外線(xiàn)輻射波長(zhǎng)與被測(cè)溫度之間的函數(shù)聯(lián)系來(lái)確認(rèn)物體的溫度。一切溫度高于絕對(duì)零度的物體一向向外輻射紅外能量。物體的外表溫度與紅外能量的巨細(xì)和紅外波長(zhǎng)的散布有著密切聯(lián)系。因而，只需測(cè)得紅外波長(zhǎng)及其能量巨細(xì)，就可計(jì)算出被測(cè)物體的外表溫度。
紅外測(cè)溫體系的構(gòu)成如圖2所示。紅外測(cè)溫儀接納到由大氣傳輸過(guò)來(lái)的被測(cè)設(shè)備的紅外線(xiàn)輻射，被測(cè)設(shè)備輻射的能量會(huì)聚于紅外測(cè)溫儀探測(cè)器上，探測(cè)器將輻射信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理之后顯現(xiàn)輸出。
圖2 紅外測(cè)溫體系
紅外測(cè)溫儀運(yùn)用靈敏，不需求與被測(cè)物體直觸摸摸，但需求作業(yè)人員手持設(shè)備對(duì)電纜接頭、刀閘等部位進(jìn)行測(cè)溫，合適人工巡檢測(cè)溫，無(wú)法完成在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。除此之外，還存在價(jià)格貴重、體積大，丈量精度受測(cè)驗(yàn)間隔影響大等缺陷。
3.2 光纖光柵測(cè)溫（略）
光纖光柵測(cè)溫法是將測(cè)溫文信息傳輸分隔，溫度丈量用光柵探頭，信息傳輸用光纖，光柵探頭和相連的光纖合起來(lái)稱(chēng)為光纖光柵測(cè)溫。
光纖首要由3部分組成：心層、包層和保護(hù)層。光柵是在心層折射率遭到周期性調(diào)制后構(gòu)成。測(cè)溫時(shí)由光源將一束寬帶光射入光纖。這一光束在抵達(dá)光柵探頭時(shí)，被光柵反射回一個(gè)滿(mǎn)意Bragg條件的入射光波長(zhǎng)，稱(chēng)其為Bragg波長(zhǎng)。
光纖光柵作業(yè)原理如圖3所示。Bragg波長(zhǎng)與光柵條紋周期成線(xiàn)性聯(lián)系，而根據(jù)熱脹冷縮原理，光柵條紋周期又會(huì)跟著溫度改動(dòng)。故而，經(jīng)過(guò)丈量Bragg波長(zhǎng)巨細(xì)，就可測(cè)得光柵處的溫度。
圖3 光纖光柵作業(yè)原理
光纖光柵傳感器不適用于配電柜內(nèi)及野外高壓配電裝置等場(chǎng)合，但因其體積小、抗電磁攪擾能力強(qiáng)、安全性高和裝置簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)多用于電纜接頭溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。在實(shí)踐運(yùn)用中，入射光波長(zhǎng)會(huì)受溫度和應(yīng)力的兩層影響，測(cè)溫精度會(huì)有所影響。此外，還有比如造價(jià)貴重、裝置雜亂等下風(fēng)。
3.3 散布式光纖測(cè)溫（略）
散布式光纖測(cè)溫技能于20世紀(jì)70年代末提出，并由專(zhuān)業(yè)人員研討出散布式光纖瑞利散射測(cè)溫、散布式光纖布里淵散射測(cè)溫以及散布式光纖拉曼散射測(cè)溫3種測(cè)溫技能。
其間，瑞利散射測(cè)溫技能在運(yùn)用慣例資料的光纖時(shí)溫度改動(dòng)不大，所以實(shí)踐運(yùn)用不多；布里淵散射測(cè)溫技能的研討起步較晚，盡管傳感間隔、空間分辨率和丈量精度等功能都最好，但制作貴重而雜亂，還未很多投入商業(yè)運(yùn)用。拉曼散射測(cè)溫技能已趨于老練并實(shí)用化，各項(xiàng)功能都較好，因而得到遍及運(yùn)用。
拉曼散射的散布式光纖測(cè)溫技能具有只對(duì)溫度靈敏、抗電磁攪擾強(qiáng)、絕緣功能好以及可完成大規(guī)模散布式丈量等長(zhǎng)處。一起也存在空間分辨率缺少、無(wú)法定位詳細(xì)測(cè)溫點(diǎn)、光纖易折以及易斷導(dǎo)致光損耗等缺陷。散布式光纖具有精準(zhǔn)丈量光纖沿線(xiàn)就任一點(diǎn)溫度的明顯長(zhǎng)處，除了常將其用于電纜接頭測(cè)溫外，還用于高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)中。
此外，散布式光纖測(cè)溫文光纖光柵測(cè)溫都在積灰后導(dǎo)致絕緣水平下降，然后存在光纖沿面放電的安全隱患。
4 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫
4.1 有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫
有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫法是指將溫度傳感器與無(wú)線(xiàn)通信技能結(jié)合，溫度傳感器對(duì)發(fā)熱門(mén)進(jìn)行丈量，將測(cè)得的溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)芯片傳輸?shù)浇K端監(jiān)測(cè)設(shè)備，終端監(jiān)測(cè)設(shè)備接納溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度信息顯現(xiàn)出來(lái)。
常見(jiàn)的溫度傳感器有數(shù)字溫度傳感器、熱電阻、熱敏電阻等。有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫法可直接監(jiān)測(cè)電纜接頭溫度改動(dòng)，具有本錢(qián)低、無(wú)需布線(xiàn)、安穩(wěn)性好以及完成溫度信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)乳L(zhǎng)處，但溫度傳感器需求電池或許小CT取能供電才干作業(yè)。
電池供電的缺陷就在于需守時(shí)替換電池且電池抗高溫能力差。而小CT取能深受電纜電流影響，若電流過(guò)小，則供電不行；若電流過(guò)大，則易燒壞小CT乃至傳感頭。可見(jiàn)，小CT供電缺少遍及性。除電纜接頭溫度丈量外，有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫法還常用于開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)中。
4.2 無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫（略）
無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫技能選用聲外表波傳感技能（surface acoustic wave, SAW）。聲外表波傳感器原理：當(dāng)被測(cè)目標(biāo)溫度改動(dòng)時(shí)，元器件諧振頻率隨之發(fā)作改動(dòng)，經(jīng)過(guò)對(duì)諧振頻率的丈量得出被測(cè)目標(biāo)的溫度。聲外表波溫度傳感器的核心部件是聲外表波諧振器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，分推遲線(xiàn)型和諧振型兩類(lèi)。
圖5 聲外表波諧振器結(jié)構(gòu)
聲外表諧振器選用法布里一珀羅諧振腔。測(cè)溫時(shí)，壓電基片沿面發(fā)作聲外表波，溫度一旦改動(dòng)，聲阻抗便無(wú)法接連，從而發(fā)作聲波反射，如此便在叉指換能器和反射柵的腔體內(nèi)構(gòu)成諧振。受溫度影響，諧振的頻率會(huì)發(fā)作改動(dòng)。因而，只需測(cè)得改動(dòng)的諧振頻率，就可經(jīng)過(guò)算式算出被測(cè)目標(biāo)的溫度。
經(jīng)過(guò)合理挑選叉指換能器的尺度、壓電基片資料與切向，可使溫度系數(shù)的高階項(xiàng)接近于零，則溫度與諧振頻率呈近似線(xiàn)性聯(lián)系。
聲外表波傳感用具有無(wú)源、免保護(hù)、體積小、本錢(qián)低一級(jí)長(zhǎng)處，常用于高壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)和高壓輸電電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)。聲外表波測(cè)溫技能仍在開(kāi)展階段，還存在傳輸間隔短（一般只需0.5m）和安穩(wěn)性缺少的問(wèn)題亟待解決。
定論
本文首要介紹了電信號(hào)傳感體系測(cè)溫、光信號(hào)傳感體系測(cè)溫以及無(wú)線(xiàn)測(cè)溫這3類(lèi)國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的電纜接頭測(cè)溫辦法，并論述了各種測(cè)溫辦法的優(yōu)缺陷。在實(shí)踐工程中，因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境不同，資金投入不同，應(yīng)歸納點(diǎn)評(píng)各類(lèi)測(cè)溫辦法，選取經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的測(cè)溫辦法，以到達(dá)最好的電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)作用。
在能夠預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，聲外表波測(cè)溫具有極大的運(yùn)用遠(yuǎn)景，只需逐漸霸占傳輸間隔短和不行安穩(wěn)的難題，聲外表波傳感器在電力體系中的運(yùn)用就會(huì)越來(lái)越廣泛。
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電線(xiàn)電纜