（上海海雄电气成套设备有限公司201406）
摘要：高低压成套开关设备，又称开关柜，它是电力系统中一种重要的控制设备，在电力系统的安全中是起着重要作用，高低压成套开关设备主要的工作是在高低电压、电流大小以及磁场强弱的环境中进行智能控制，温度的过高或者极低都容易造成设备的故障。本文通过对高低压成套开关设备的发展现状及未来趋势，介绍了光纤测温技术、10kv高压开关柜在线测温技术以及高压开关柜光纤温度智能监测控制系统。
关键词：高低压开关柜；智能化；控制系统
一、前言
变电站的电力设备主要由变压器、断路器、开关柜、电缆等一系列电气设备组成，而在这些电气设备中，对电力线路开关、电量数据监测、线路的故障等起着保护作用的就是高压开关柜，由于高压开关柜是重要的输电设备，几乎应用在所有变电站，所以开关柜本身的安全性和可靠性格外的引人重视[1]。而低压成套开关设备主要是限制产生电弧以及对电弧强度和持续时间的一种限制，与此同时，也是为了保护和控制智能控制系统的数字化，这样对变电站电能管理和设备的保护都是有帮助的，同时也提高了设备的使用效率。虽然我国在高低压成套开关设备智能化控制系统的设计已经在逐步的走向智能化，但是质量达到标准且产品的工作性能也好的却少之又少。对于电力的内部系统而言，其在运行过程中存在着不确定性和多变性，这就对电力系统内部相关的高低压成套开关设备有着更高的要求，不能像生产普通的产品一样进行生产，而是需要设备在电力系统的使用中达到稳定、安全、可靠地效果[2]。
从总体来说，我国专门从事相关高低压成套开关设备的专业的技术开发人员也比较少，虽然国内已经有许多家厂家对高低压成套开关设备进行生产，但技术方面仍然存在着欠缺，没有相关技术人员组成的专门研发高低压成套开关设备的专业团队，而另一方面我国的大部分工厂进行高低压成套开关设备的生产主要是依赖于对别人技术的借鉴和模仿，对自己生产的产品没有独立性，也拿不出相应的专利研发证书，对于产品也不能做到及时的更新换代。
二、高低压成套开关设备的发展现状与智能化趋势分析
（一）、高低压成套开关设备的发展现状
近几年来，高低压成套开关设备以及相关的控制设备，在输配电系统中有着无法取代的重要作用，主要针对对输配电系统的控制、保护以及数据间进行转换等各项功能，高低压成套开关设备智能化控制系统主要的特点就是用量大，所涉的面积也极广泛[3]。同时，高低压成套开关设备智能化控制系统质量的好坏对于整个变电站的电力系统的运行以及工作的质量都有着至关重要的影响，甚至对于系统的操作人员和电气设备本身都有着重要的影响。
21世纪以来，电力设备的不断发展，以及电力相关产业的不断迅猛发展，同时对电力工业产业的发展也有着促进的作用。我国每年的发电机装备的容量一直保持着8%的增长速度。根据我国对电力产业发展趋势进行最新的分析预测，在2020年，电力产业的装机容量将会达到8亿kw[4]。我国受到对于电气发展相关设备的影响，以及我国人口众多，占有量划分比例小，相比与欧美国家，依然存在着很大的差距。在世界的比较中也许存在着较大的不乐观，但是如果针对国内市场来说，还是有很大的发展空间以及发展前景的，我国自身的需求量也会越来越大，同时国内厂家的加入也带动国外厂家的加入，我国在2010年之前，已经有将近1000多家对高低压成套开关设备进行生产，巨大的市场需求量同时也推动了我国对相关技术的发展。以当今的互联网的传播速度和影响力，高低压成套开关设备智能化控制系统的最新研发很快会被大家所知晓，并在工业领域进行试用和推广。
（二）、高低压成套开关设备的发展智能化趋势分析
对于高低压成套开关设备的发展智能化，应加强对设备的监控。在电力系统的多变性中，想要设备运行保持平稳的状态，首先就需要对其进行监控。对设备的智能化进行监控，对于电力整个系统的平稳运行起着关键的作用，而且，设备的稳定对电线线路的损坏以及变压器等设备出现故障的几率也会降低。通过对设备的监控，可以更加准确的有效的监测到设备是否出现故障，同时也会明白设备出现故障的原因[5]。这样如果设备出现故障，我们就会很快定位到设备出现故障的位置，并能迅速的展开抢修。显而易见，对设备进行智能化监控，能够有效的提升高低压成套开关设备的效率。
智能化设备需要电磁技术来进行设计，这就需要电、磁以及机器设备三者结合在一起，不仅将设备的水平达到一个新的高度，而且，对电路的效率也会得到大幅度的提升，并且也降低了设备发生故障的几率。
高低压成套开关设备体系中，具有领导地位的便是开关柜。为了对线路安全性进行提升，开关柜必须要依托数字化技术并对高低压成套开关设备进行完善。开关柜进行数字化后，可以对电能进行自我分配，并达到自动化与智能化结合的程度，同时也提高了设备灵敏度，这对电力系统稳定的运行状态得到维持。与此同时，如果在高低压成套开关设备中放置节能元件，可以降低设备对能源的消耗，特别是大型的系统，节能也是降低成本的一种方式。通过节能，再结合智能化监控，高低压成套开关设备流畅运转将始终保持良好的状态。
三、光纤测温技术优势
光纤测温这一技术是在最近这几年才逐渐发展的新技术，但是光纤测温这一新技术的优势已经在应用过程中逐渐显露出来了。与现阶段应用比较广泛的非接触测量技术进行比较，光纤测温技术是一种新型的测温技术。在高压10kv的环境下，非接触的红外测温技术并不能满足高低压成套开关设备智能化控制系统的要求[6]。尽管红外测温技术的应用范围比光纤测温技术要广泛，但红外测温技术只针对于全封闭式的金属开关柜。光纤测温技术主要由分散式测温装置、温度信息的接收装置以及数据处理系统三个部分组成，其中最具优势的是分散式测温装置，它可以直接对每个测温点进行记录，而且光纤测温技术可以将高压环境所产生的隔离以及绝缘可以最大限度的避免。
（一）、强电磁场的温度测量
光纤测温技术对于人们较为重视的高频和微波加热的方法及温度的测量有着显著的优势，它在传统的测温技术有着更高的补充。同时人们对高频熔炼金属、对橡胶进行硫化、对一些木材进行烘干或者制药甚至于家庭烹饪等各个领域进行温度测量的拓展，光纤测温技术都有着无可取代的优势，因为光纤测温技术对于温度的测量时升温是不需要导电的，而且也不会受到电磁场的干扰。
（二）、高压电器的温度测量
高压电器的测量最典型的例子就是针对高压变压器绕阻热点的温度测量。对于高压变压器绕阻热点的温度测量，最开始是为了能够诊断高压电器的故障以及能够对故障进行预报，后来又在计算机电能的管理中得到应用，使计算机内部系统进入安全运行状态，同时系统的工作状态也达到最佳。通过光纤测温这一技术对高压变压器绕阻热点进行温度测量，从而也在各种高压装置中得到应用。
（三）、在易燃易爆物生产中及成品进行温度测量
光纤测温所用的光纤传感器其从最基本来说就是一件防火防暴器件，对于易燃易爆物进行温度测量时，它不需要进行防爆的措施，既安全又可靠。它与电学的传感器相比较来说，不仅成本低，灵敏度也非常高。对于大型工厂中反应罐在高温高压工作状态下温度的测量，用光纤沿着反应罐表面进行扫描，并设成感温网格，这样就对反应罐的热点进行有效监测控，提高了对事故发生的预防率。
四、10kv高压开关柜在线测温的特点
10kv高压开关柜在线测温的主要有以下特点：
（1）10kv高压开关柜在线测温及控制系统在非接触的测温技术中难以满足要求。目前我国的国内的输配领域，用的类型较多的开关柜的内部都是包含断路器、电缆头以及开关隔离等一些必须具备的电气元件。因此，为了防止和避免外面的杂质进入到开关柜内部，从而造成电线短路情况的出现，通常会在内部导电的位置进行绝缘包装。
（2）在10kv高压环境下的开关柜内部的所有的测温装置必须进行高压绝缘，为了解决在10kv高压环境下开关柜温度测量技术顺利进行应用，10kv高压开关柜在线测温装置必须具有高效的工作性能。
（3）对于10kv环境下高压开关柜在线测温装置设备的设计，不能对电压开关柜原有的元件的工作性能产生影响。
（4）高压开关柜在线测温装置在设计过程中必须要考虑到开关柜内部环境的恶劣。
五、高压开关柜光纤温度智能监测控制系统
（一）、高压开关柜实行温度在线监测的必要性
在电力系统中，最重要的电器设备就是高压开关柜。随着电网的不断发展，同时电力系统也对电能质量提出了极高的要求，也就是对电力系统中重要电气设备高压开关柜的自身的稳定性提出了更高的要求。开关柜的温度升高而超过标准，着对电力设备的平稳运行产生了直接的影响，而且，热度会不断地升高，如果不进行及时有效地控制，将导致设备的故障。并且影响到绝缘件使用的寿命长短以及性能好坏。目前，针对电力系统内部所使用的开关柜，其采购的程序及质量都是有严格要求的，在进行正式使用前，都要进行试验，尤其严格要求对温度所升的范围。开关柜内部实际的温升情况，一般都要比试验时测出的数据要高[7]。主要有以下几点原因：
（1）针对开关柜温升的实验所用的时间持续不够长，通常只是在八个小时左右，而时间较短，开关柜中所积累的温度还不够高，从而达不到长期使用时的温度。
（2）对于不同的金属所产生的膨胀程度是不同。钢制螺栓的金属膨胀铜铝质要小得多，对于试验所测的温度和内部真实温度受外部接口金属和内部金属不同的影响，所产生的温度也是不同的。
（3）选用的导体材料的电导率不满足开关柜要求的能达到的温度，一般是由导体原材料纯度不够造成的。
图1高压开关柜光纤温度智能监测控制系统图
（二）、高压开关柜智能控制监测系统结构
对于高压开关柜光纤温度智能监测控制系统的设计，主要考虑的是实时的检测、对故障进行及时诊断、以及系统本身的安全可靠度等这些做基本的要求。高压开关柜光纤温度智能监测控制系统主要结构图如图1所示，包含了感知层、传输层、数据层以及应用层四个层面。
对于开关柜当前运行的状态以及所遇故障问题的检测、开关柜定期检查、进行远程的系统监测等这都属于是应用层，应用层的主要作用就是对开关柜内部环境进行监测；数据层主要是针对开关柜内部状况数据以及产生故障的知识库等一系列数据进行采集和管理；传输层主要是由服务器的端口和开关柜的端口构成的，主要包括有线传感器和无线传感器以及用来采集数据的服务器；感知层不言而喻就是对开关柜运行状况产生信息的感知。
（三）、高压开关柜光纤温度智能监测流程
对于所有的发电厂以及变电站来说，高压开关柜都是其重要的电气设备。智能化控制系统的监控功能主要包括了光纤测温的各个测温点对于平面图的及时绘制，绘制图的曲线显示，以及系统的故障诊断等一系列信息的显示。10kv高压开关柜设备智能化控制系统监测的程序流程如图2所示：
图2智能化控制系统监测的程序流程
六、总结
本文通过对高低压成套开关设备的发展现状与智能化趋势进行分析，对光纤测温技术与传统的红外测温技术进行了对比，得出光纤测温技术的新优势，通过10kv高压开关柜在监测，对各个监测点进行准确的监测定位，再在电子图上显示出监测的结果，并通过热点的位置及时避免故障。
随着科学技术的发展，以及针对特殊技术日益成熟，高低压成套开关设备智能化控制系统也将会进一步得到完善。
参考文献：
[1]贾玉香，王慧.高低压成套开关设备智能化控制系统的设计与运用分析[J].建筑工程技术与设计，2016，（35）：1486.
[2]姚光，方锦.高低压成套开关设备智能化控制系统的设计及应用[J].自动化应用，2016，（7）：95-96.
[3]刘进辉，刘萍，郭骏，等.光纤测温技术在高压开关柜在线监测中的应用研究[J].中国电子商务，2012，（20）：89-90
[4]赵舫，唐忠，崔昊杨，等.基于荧光光纤测温的电气设备在线监测系统[J].电测与仪表，2015，（4）：85-89
[5]郭璐，李中健，雷浩，等.高压开关机械特性测试系统的设计[J].计算机测量与控制，2010，18（10）：2232-2233，2267
[6]蒋晓旭，王之军，毛志宽，等.基于LabVIEW和数据库的智能高压开关设备用智能组件测试平台的搭建[J].科技视界，2014，（23）：292-293，343
[7]刘杨.智能高压开关控制系统检测装置[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（23）：4715-4717.