摘要: 阐述了电流互感器二次回路开路的危害和原因，提出利用光纤温度传感器对开关端子箱、开关柜、保护屏等电流互感器二次回路端子排温度进行实时监测的方案，可以反映电流互感器二次回路是否开路，同时也能为状态检修提供数据参考和趋势分析，从而减少电力设备故障，防止继电保护误动，避免事故的发生和扩大。
关键词: 电流互感器、开路、光纤传感器、温度传感器、监测
1 引言
电流互感器（简称CT）在电力系统中广泛应用于一次测量与控制,其作用是把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等。电流互感器正常工作时，二次侧近似于短路，若突然使其开路，将会在二次侧产生数千伏甚至上万伏的过电压,这不仅给二次系统绝缘造成危害，还会使电流互感器过激而烧损，甚至爆炸，危及工作人员的生命安全。电流互感器在二次回路开路点会产生异常温升，目前电流互感器二次回路开路大部分是通过运行检修人员在巡检过程中红外测温发现的，造成了电流互感器二次回路开路未能得到及时发现和处理，为设备和人员安全埋下了一定的隐患。因此本文将探讨利用光纤温度传感器，对比较容易发生电流互感器二次回路开路的地方进行实时的温度监测，包括开关端子箱、开关柜、保护屏等电流互感器二次回路端子排，不仅能实时监测电流互感器的二次回路是否开路，还能为运行检修人员提供重要的数据参考，以便及时消除安全隐患。
2 电流互感器开路的危害和原因分析
在保护回路中，电流互感器出现二次开路是不容易被发现的，如果这时发生了系统接地或短路，保护装置通常是拒动、开关不跳闸或出现越级跳闸，使停电面积扩大，供电的安全和可靠性就得不到保证；如果是发生在计量回路中，则电能表计量就会出现误差[1]
电流互感器二次回路开路是电力系统运行的常见故障,也是最危险的故障之一，造成电流互感器二次回路开路的主要原因有：交流电流回路中的试验端子或联结片,由于结构和质量上存在着某些缺陷,在运行中发生螺杆和铜板螺孔之间的接触不良而造成开路；二次回路中二次线端子接头压接不紧,回路中电流很大时,发热或氧化严重造成开路；室外端子箱、接线盒受潮,端子螺丝和垫片锈蚀过重造成开路[2]。
由此可知，电流互感器中交流电流流经的开关端子箱、开关柜、保护屏等的端子排，是最容易发生电流二次回路开路的地方，且不容易被发现的地方，是进行温度监测的重点部位。
3 红外成像测温仪在继电保护状态检修中的应用
红外成像测温是目前电力系统广泛使用的一种测温手段，主要应用于高压输电线路巡线、高压电气设备巡视、继电保护二次设备状态检修巡检等。表3.1是某变电站继电保护二次设备状态检修红外测温部分记录表，图3.1为某变电站红外测温发现10kV开关柜保护用B相电流端子螺丝松动，造成B相发热温度异常处理前后的对比照片。
220kV XX变继电保护红外测温记录表
间隔 保护装置 测温部位
保护装置 二次回路
保护装置 最高温度（℃） 正常温度（℃） 图号 保护屏端子排及操作箱 最高温度（℃） 正常温度（℃） 图号 端子箱 最高温度（℃） 正常温度（℃） 图号
永峰Ⅱ路251 931保护 931保护装置 29.5 22 1416 931保护屏端子排 25.6 22.4 1417 251线路PT端子箱 28 22.1 1503
251端子箱 32.8 25 1500
902保护 902保护装置 30.1 22.4 1418 902保护屏端子排 24.7 21.7 1421
FOX-41 FOX-41装置 28.8 20.7 1919 251开关操作箱 29.1 22.9 1415
表3.1 某变电站继电保护二次设备状态检修红外测温记录表
红外测温图片 （处理前） 红外测温图片（处理后）
图3.1 某变电站红外测温发现电流端子发热温度异常处理前后的照片
通过表1和图1可知，红外测温仪和红外成像测温仪在电力系统运行中发挥了重要的作用，能为一些肉眼无法察觉或者因为无法直接检测的点提供温度信息，从而为检修运行人员提供判断设备是否异常或故障的提供依据。但是红外测温仪和红外成像测温仪无法提供实时的温度监测，只能通过人员的巡检测温才可能发现设备的异常发热，所以，该方法不能实时监测电流互感器的二次回路是否开路，二次接线是否松动或者虚接等，使得电流互感器二次回路开路未能得到及时的发现和处理，或者发现开路存在较大的不确定性和偶然性，从而将为设备和人员安全埋下了一定的安全隐患。
4光纤温度传感器的原理和优点
温度、应变和压力的变化，会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射谱和透射谱发生变化。通过检测光纤光栅的反射谱或透射谱的变化，就可以获得相应的温度、应变和压力的信息，这就是用光纤光栅测量温度、应变和压力的基本原理[3]。
相对于传统传感器，光纤温度传感器优于感温电缆、金属热电偶、红外测温仪、红外热成像仪等测温方式，代表着测温技术的发展方向。光纤温度传感器具有绝缘、抗电磁干扰、安全、耐高电压、耐化学腐蚀、耐高温、以及低损耗、高性价比等特点，因此，它们可以应用于高直流电场、磁场或强的高频场、微波场坏境中对温度的接触测量，测量精度高而且可以组成测量网络，实现电力设备运行的自动化监测[4]。光纤传感技术的应用，可以大幅度提高输变电设备的安全可靠性，提高设备运行效率，减轻人员劳动强度。
5 电流互感器二次回路端子排温度监测系统
光纤温度传感器目前正大力地运用于电力系统中，主要用于高电压大电流设备的在线温度监测,而在电力系统二次设备中的运用还比较少。因此利用光纤温度传感器对电流互感器二次回路端子排温度进行监测，具有实际应用价值。
5.1电流互感器二次回路端子排温度监测系统的硬件结构
系统设计以89C51最小系统为CPU，由A/D模数转换模块、EEPROM数据存储模块、LCD液晶显示模块、语音录放模块、PC串口通讯模块、电器控制模块、键盘输入模块等功能模块组成。整个系统通过对前置温度传感器输入信号的采集和处理，以实现对当前温度的显示、多组温度记录、与PC通讯、根据温度范围对电气设备的智能化控制等一系列功能。系统硬件结构框图如图5.1所示。
图5.1 系统硬件结构框图
5.2电流互感器二次回路端子排温度监测系统的软件设计
系统软件设计是实现系统智能化和多功能化的关键。由于控制要求相对而言比较高，编程时采用MCS-51单片机的汇编语言做为开发语言。本系统软件是基于模块化与实时处理的思想进行开发的，采用自顶向下的结构化程序设计方法，各子程序模块都可以单独进行调试。
系统主程序主要包括系统初始化、开机画面、A/D转换、液晶显示和键盘扫描等模块，所有按键功能子程序都在键盘扫描程序中执行，各个模块循环执行，结合前端传感器和外围电器构成智能化的闭环控制系统。系统主程序流程图如图5.2所示。
图5.2 主程序流程图
6 系统功能和技术指标
通过对电流互感器二次回路相关端子排的在线温度监测，能及时反应电流互感器二次回路是否开路，为变电站的安全运行提供可靠的依据，防止因二次回路开路，电流互感器，给二次系统绝缘造成危害，使电流互感器过激而烧损，甚至爆炸。系统具有以下功能：
（1） 能实时监测变电站所有电流互感器二次回路端子排的温度；
（2） 被测温度可以数据列表、实时曲线等多种方式实时显示；
（3）数据库保存60天的历史数据， 用户可输入相关日期按监测点查询历史数据，也可按各间隔的不同二次回路用途查询历史数据；
（4） 报警预警功能：当监测温度超过设定的报警温度值，系统能及时地发出声、光报警，并能对相应的电气设备进行控制；
（5）故障点定位功能：当温度超限报警时，系统能立即提示故障点所在位置，为操作人员及时调整供电负荷提供可靠的依据。
6 光纤光栅温度传感器组成的测温系统的优点
相对于传统测温系统和红外测温仪，本系统具有以下的优点：（1）本系统所采用的光纤温度传感器不受电、磁、射频和微波干扰的影响,传感探头结构简单，尺寸小（其外径与光纤本身等同），适于各种场合，可对被监测对象进行连续实时监测。（2）光纤传感器永远不会出现故障，满足电力设备对安全性和可靠性的苛刻要求,测量精度、分辨率高，响应速度快，具有定温和差温报警能力。（3）安装施工方便，对温度量进行全数字化处理，具有通信功能，既可自成系统，又可方便地接入系统，而且具有大容量扩展能力，后续扩容无需更换主机，只需增加光纤温度传感器就可实现对包括各电流互感器二次接线盒、开关柜、开关端子箱、保护屏、测控屏、母差屏、故障录波器屏等电流端子排温度的监测，性价比较高。
6 结束语
通过光纤温度传感器，能实时监测电流互感器二次回路端子排温度，当二次回路开路时，能通过监测系统把这些重要信息及时向运行检修人员进行报警和提醒，减少财产和人员的伤害和损失，同时也将大大降低因红外测温给运行检修人员带来的工作量，为设备的状态检修提供数据参考和趋势分析。
参考文献
[1] 苏章希 郭经洲．电流互感器二次开路的危害及预防[J]．煤矿机电，2005，2：77.
[2] 吴庆华．电流互感器二次线圈开路的原因与对策[J]．电工技术杂志，2001，7：47.
[3] 靳卫国，张小刚，高远．基于光纤传感的高压开关柜温度监测原理与设计[J]．装备制造技术，2009，12：46.
[4] 毛献辉，施清平，苑立波，等．光纤温度传感器在电力设备安全监测中的应用[J]．新技术新仪器，2007，27（5）：20. |
