母线在线式红外温度测控保护方法研究

郑威

（云南三环中化化肥有限公司，云南 昆明 650113）

摘要：以封闭式母线为例，分析了母线本体及母线连接处超温的原因，并提出了采用非接触式在线红外温度检测及最高温升反馈进线柜跳闸的思路，从而保护了母线正常运行。

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关键词 ：封闭式母线；超温；红外温度测控

0引言

电力系统中因母线接触不良导致的故障占电力故障的10%以上，因此必须提高母线本体及母线连接处的可靠性。在电力系统中除了采用电流检测执行过载保护外，还应对母线温度进行实时监测和保护，才能有效防止因超温造成的热烧毁和绝缘老化带来的击穿故障。

母线温度长期以来一直停留在人工巡视观察阶段，例如采用可变温胶观察、红外线测温仪测试，难以形成系统性的监测和分析。随着变电站实行无人值班化，母线温度实现实时在线监测就成为必要要求，传统开关柜母线实时监测多采用接触式热电阻、热敏传感器等作为采集元件，其缺点是维修时需要停电，影响生产，容易受干扰而信号失真。

1母线过热原因分析

（1） 母线截面和保护电器选型不合理，母线长期工作允许温度远小于电气设备接线端允许温度，即使在正常电流下运行也会使它们连接处的工作温度超过其长期工作允许温度。

（2） 接触电阻的大小直接影响母线温升。接触电阻与接触面压力、接触材料和固定金具形式有关，公式如下：

Rt=Kj/（0.102F）m（1）

式中，Rt为接触电阻；Kj为材料系数，与接触材料和表面加工有关；F为接触面压力；m为接触系数，与固定金具和接触方式有关。

根据式（1） 可知，影响接触电阻的主要是材料属性、接触压力和接触方式。

1） Kj——材料系数，接触材料的电阻率、硬度、强度、表面耐氧化性及电化学腐蚀性等均影响接触电阻大小，因此在母线选择时，一般选用铜、铜镀锡、铜镀银、铅和铝等材料，但实际上多数金属材料纯度不高，电导率不满足要求，母线接触表面处理不平整、不光滑，存在毛刺，未涂专用导电脂等，导致有效接触面积减少、接触电阻增大而发热。

2） F——接触压力，母线连接处螺栓多存在未紧固到位的问题，电磁共振使母线连接处螺栓松动，紧固螺栓压力减小，特别是铝质母线，强度低、弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，将会造成接触面隆起，反而使接触面积减少、接触电阻增大，从而影响接触效果。

3） m——接触系数，母线连接处一般采用螺钉压紧，常采用面接触法和点接触法，后者接触电阻较大，导体发热量较低。

（3） 金属的热膨胀效应，钢制构件的金属膨胀系数比铝制和铜质小，在运行中随着负荷电流及温度的变化，铝制和铜质构件的膨胀收缩将产生蠕动即塑性变形，当接头处的运行工作温度大于70 ℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面移位，形成空隙甚至氧化，当电流减小和温度降低时，接触面会收缩，接触面氧化膜的覆盖会使材料系数和接触系数都发生变化，每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的发热增加，形成了发热的恶性循环。

2温度测控保护措施

云南三环中化化肥有限公司针对母线过热自主研究开发了非接触式在线红外温度测控保护装置（IRMC01-×/× kV系列），它采用国外精密红外传感器、高集成度单片机、专用电子电路和高效能的执行元件，实现了母线及母线接头处实时温度监测、上限报警和上上限跳闸等功能，其原理如图1所示。

IRMC01-3/0.4 kV在线式红外测温装置不接触母线，其通过测量目标发射的红外辐射强度计算出物体表面温度，3个在线式红外测温探头安装在配电柜后盖，分别检测A、B、C相母线温度，将实测数据实时传输至测控保护装置并进行数据存储，根据上限输出和上上限输出实现报警和跳闸功能。

例如，普通型成套电气设备分支母线相互连接处及分支母线与电气端子连接处（Cu-Cu）最高允许温度为80 ℃，因此设定T1≥75 ℃、T2≥75 ℃、T3≥75 ℃上限相通道报警，设定T1 or T2 or T3≥80 ℃上上限跳闸进线柜。

3IRMC系列温度测控保护装置功能简介

（1） 非接触式在线红外测温探头可以方便地测量难以接近的目标，便于维修，它采用不锈钢壳体，带M18×1螺纹，可直接安装，也可通过使用安装支架进行安装，可调安装支架能够使测量头的调节更加方便。

（2） IRMC测控保护装置融合了无纸记录仪的设计理念，通过高性能微处理器进行数据处理，一方面在高分辨液晶显示

实物检测装置在电厂中的应用屏幕上以多种形式的画面显示出来，另一方面把这些监察信号的数据存放在仪表内部的大容量存储芯片内，以便在仪表上直接进行数据图形查询、翻阅和打印。IRMC系列温度测控保护装置系统组态简单，可以与组态王、力控等软件进行通讯，深入挖掘系统功能。IRMC系列温度测控保护装置还设置了U盘直接拷贝保护装置的组态文件和数据文件，方便了用户的使用。

4结语

IRMC系列温度测控保护装置主要针对母线温度测控和保护，也对电力电缆、断路器、隔离开关、负荷开关、组合电器等具有重要的参考借鉴意义。通过IRMC系列温度测控保护装置对电气设备的发热进行实时监控分析，及时排查故障，能有效保护电力设备的正常运行。

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参考文献］

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［3］胡金星，赵凯，佘奇，等.封闭母线接头温度场分析与保护方法研究［J］.消防科学与技术，2011（3）：261-265.

收稿日期：2015-09-01

作者简介：郑威（1984—），男，山西忻州人，硕士研究生，电气工程师，云南三环中化化肥有限公司电气专业技术带头人，主要从事电气工程自动化和控制工程设计维护工作。