邓曲然
（南方电网超高压输电公司广州局，广东 广州 510405）
摘要：高压设备温度测量是电力系统状态监控的一项重要内容，现对在用的两种测温方式以及四种测温原理进行比较分析，以便为高压设备温度测量方式的选取提供有益参考。
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关键词 ：高压设备；电网；测温
0引言
由于智能电网具有“安全、自愈、经济、环保”等优点，因此其被普遍认为是电力系统未来的发展趋势，从而得到了广泛的关注与研究。高压设备作为智能电网的重要组成部分，其自身的可靠性与智能电网的可靠性息息相关，因此，如何利用先进的信息化技术和传感器技术把高压设备状态的实时监控与智能电网的控制相结合，以增强电力系统的可靠性与稳定性已成为热点研究方向之一。其中，高压设备温度测量是状态监控的一项重要内容，由于设备老化与故障、接头松动、线路腐蚀等都会导致设备温度的异常变化，因此，通过温度测量和监控能够及时发现潜在的问题，及时进行设备维护，确保电力系统安全可靠运行。本文对温度测量方式及原理进行了比较分析，以便为智能电网中高压设备温度测量方式的选取提供有益参考。
1温度测量方式
目前，温度测量可以分成两类：接触式测温与非接触式测温。
接触式测温是指在一个热平衡环境中，把待测物体与温度传感器放置在一起，使得两者的温度保持一致。水银测温计、压力测温计都属于接触式测温。基于接触式测温的测温计具有结构简单、精度高、可靠性高的优点，但是，测温实时性差、测温范围较窄是这类测温计的通病。
非接触式测温是指根据待测物体热辐射强度与温度的关系来间接获得待测物体的温度。红外测温仪就属于非接触式测温，并且在高压设备测温中应用最为广泛。基于非接触式测温的测温计不仅具有较广的测温范围，还不会影响待测物体的温度场。但是，这类测温计的误差较大，这是因为其容易受到水汽、测量距离等外界因素的干扰。
由于智能电网中高压设备的温度监测对测温计的可靠性与稳定性具有较高要求，同时，为确保作业人员的安全，电力安全工作规程对作业人员与带电部分的安全距离进行了规定，因此，接触式测温更适合非作业人员操作的自动测温，而非接触式测温可被用于临时的局部温度测量或者作业人员操作的手动测温。
2温度测量原理
2.1红外测温
待测物体的温度与其红外辐射值之间存在对应关系，那么通过测量待测物体的红外辐射，就能够得到其温度。通常基于红外测温的温度计由显示部分、信号处理部分、光学系统、光电转化部分构成。这种温度计具有测温速度快、灵敏度高、测温范围广等优点，但是，其测量值比较容易受到环境的影响，此外，对于具有光亮表面的物体，其测量误差较大。
2.2热电阻测温
热电阻是一种常见的适用于中低温的测温传感器，其利用了导体的电阻与温度相关这个特性。同时，热电阻测温具有较高的稳定性和精度。式（1） 给出了导体电阻与温度的关系：
Rt＝R0［1+a（t-t0）］（1）
式中，t和t0为导体的温度；R0与Rt分别为导体在t和t0时的阻值；a为当温度位于t～t0时电阻的变化系数。
在使用热电阻进行测温时，其与温度变送器的接线方式有三种：二线制、三线制以及四线制，如图1所示。从式（1） 可以看出，热电阻的阻值变化与温度变化是线性相关的，而引出线的电阻也会随温度而变化，从而造成温度测量误差。从图1（a）可以看出，热电阻的电阻信号是通过其两端的导线引出的，虽然这种方式较为简单，但是，引线的使用增加了额外的电阻RL1和RL2，从而带来了较大的测量误差，因此，这种方式只适用于测量精度要求不高的情况。为了减少引线电阻对测量值的影响，人们设计了如图1（b）所示的三线制。从图1（b）可以看出，与二线制相比，在三线制中，热电阻一端的电阻信号是通过两根并联的导线引出的，从而大大减少了引线电阻，提高了测量精度，因此这种方式在实践中得到了广泛应用。为进一步提高测量精度，人们设计了如图1（c）所示的四线制。在四线制中，热电阻两端的电阻信号分别通过两根并联的导线引出，进一步减少了引出电阻，从而实现了更高精度的温度测量。
2.3热电偶测温
热电偶能够实现测温的内在机理为物体的热电效应，即把两种不同材质的导体（或者半导体）头尾焊接在一起，组成一个闭合回路，如图2所示，那么，导体与A、B两点之间的温差将会生成电动势，从而在闭合的回路中产生电流。电动势又是由接触电势与温差电势构成。其中，接触电势——当不同材质的导体接触后，电子的不同将会带来电子扩散，从而产生一定的电位差；温差电势——当导体两端的温度不同时，电子向导体的低温端汇聚，从而产生一定的电位差。
根据制造标准的不同，热电偶分成标准和非标准两类。如果热电偶的性能参数符合国家相关标准，比如误差范围、分度表等，那么其就是标准热电偶，一般供相应的配套仪表使用。热电偶测温具有实现简单、响应速度快、测温范围广的优点，但是，热电偶不仅成本较高，其机械强度也较差。
2.4光纤光栅测温
光纤光栅能够进行测温的原理是由于光纤材料具有光敏特性。当光源通过光纤光栅时，满足Prague条件的光波将被反射回去，即：
λB=2neffΛ（2）
式中，λB是Prague波长；neff和Λ分别为纤芯的折射率和光栅周期。
当使用光纤光栅来进行测温时，其Prague波长会发生变化，即：
从式（3） 可以看出，当待测物体温度发生变化时，λB会发生相应的改变，那么，通过测量λB的变化值就能够实现温度的测量。由于基于光纤光栅的测温计直接测量λB的变化，并不需要进行热点信号的转化，因此，其具有可靠性和稳定性高、抗干扰、耐腐蚀、测量范围广、精度高、响应快速、体积小等优点，从而更加适合高压设备温度的测量以及监控设备的集成。
3结语
本文首先对高压设备的两种温度测量方式的概念和特点进行介绍，接着对四种温度测量的原理及优缺点进行了讨论，其中，高压设备测温目前主要使用红外测温，但其存在着易受环境干扰的缺点，而光纤光栅测温不仅具有可靠性和稳定性高、抗干扰、耐腐蚀、精度高、响应快速、体积小等优点，还能够测量除温度以外的电流、电压、应变等参数，更利于监控设备的集成，同时更加适用于恶劣的高压测温环境，从而有着更加广阔的应用前景。
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参考文献］
［1］Iyer G，Agrawal P.Smart power grids［C］//System Theory（SSST），2010 42nd Southeastern Symposium on IEEE，2010：152-155.
［2］Xiang X，Yan Y，Qian M，et al.Online Temperature Measurement Method for High Voltage Equipment［J］.Anhui Metallurgy，2014（2）：56-62.
收稿日期：2015-08-24
作者简介：邓曲然（1989—），男，贵州贵阳人，助理工程师，从事直流输电运行维护工作。
