隨著城市生活用電和生產(chǎn)用電的需求越來(lái)越大，電網(wǎng)發(fā)展勢(shì)頭日漸迅猛，對(duì)配電線(xiàn)路的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。電力電纜作為城市內(nèi)傳輸電能的主要通道，平均每年以35%的增量快速發(fā)展。電纜故障往往是由接頭引起，而6～10kV的配電電纜每隔300～500m中就有一個(gè)接頭。因此，電纜接頭在龐雜的配電網(wǎng)絡(luò)中不計(jì)其數(shù)，存在的安全隱患不可小覷。絕緣水平下降往往是電力電纜接頭出現(xiàn)故障的主因。

絕緣水平下降，泄露電流增大，損耗隨之增加，最終導(dǎo)致溫度升高；溫度升高又會(huì)加速絕緣老化，泄露電流增大，溫度再升高，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因此，可將電纜接頭溫度作為電纜運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)參量，對(duì)電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1 電纜接頭測(cè)溫方法

電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)外已有不少的研究成果。以信號(hào)采集方式劃分，主要有電信號(hào)測(cè)溫和光信號(hào)測(cè)溫兩類(lèi)；以有無(wú)電源來(lái)劃分，主要有有源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫和無(wú)源無(wú)線(xiàn)測(cè)溫兩類(lèi)。

電信號(hào)測(cè)溫法主要有熱電偶測(cè)溫和集成傳感器測(cè)溫兩類(lèi)。光信號(hào)測(cè)溫法主要包括紅外測(cè)溫、光纖光柵測(cè)溫和基于拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫。有源無(wú)線(xiàn)的測(cè)溫法主要包括數(shù)字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。采用無(wú)源無(wú)線(xiàn)的測(cè)溫方法是一種新興的測(cè)溫途徑，主要代表是聲表面波測(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)需外加電源即可測(cè)量溫度。熱電偶傳感器的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。熱電偶測(cè)溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同材質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接起來(lái)形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)接點(diǎn)1和接點(diǎn)2之間的溫度不同時(shí)，便在回路中產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。

在測(cè)溫時(shí)，將接點(diǎn)1焊接起來(lái)作為測(cè)量端，放置于被測(cè)溫度所在地；同時(shí)分開(kāi)接點(diǎn)2，接入顯示儀表或者變送器，稱(chēng)為參比端，參比端要保持溫度恒定。

圖1 熱電偶測(cè)溫示意圖

熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)溫范圍寬、準(zhǔn)確度較高、穩(wěn)定性好以及熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在兩個(gè)缺點(diǎn)：①安裝時(shí)，當(dāng)電纜接頭較多的情況下，布線(xiàn)繁雜，現(xiàn)場(chǎng)難以維護(hù)；②參比端的溫度需要保持恒定。而電纜運(yùn)行環(huán)境不同，溫度也會(huì)不同，此時(shí)參比端的溫度會(huì)隨之改變且極難修正。因此，熱電偶常用于鋼鐵工業(yè)中鋼水溫度的連續(xù)測(cè)量和反應(yīng)堆測(cè)溫，監(jiān)測(cè)電纜接頭溫度時(shí)不常采用此方法。

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、放大電路和敏感元件集成封裝在一個(gè)殼體中，通過(guò)測(cè)量PN結(jié)的電流和電壓數(shù)值來(lái)確定待測(cè)物體溫度的大小。

集成傳感器測(cè)溫具有反應(yīng)快、性?xún)r(jià)比高、體積小以及線(xiàn)性好的特點(diǎn)，適合電纜接頭溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，不足之處在于要預(yù)防電纜的電磁干擾對(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分布定律發(fā)展而來(lái)。紅外測(cè)溫法是通過(guò)紅外線(xiàn)輻射波長(zhǎng)與被測(cè)溫度之間的函數(shù)關(guān)系來(lái)確定物體的溫度。所有溫度高于絕對(duì)零度的物體一直向外輻射紅外能量。物體的表面溫度與紅外能量的大小和紅外波長(zhǎng)的分布有著密切聯(lián)系。因此，只要測(cè)得紅外波長(zhǎng)及其能量大小，就可計(jì)算出被測(cè)物體的表面溫度。

紅外測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。紅外測(cè)溫儀接收到由大氣傳輸過(guò)來(lái)的被測(cè)設(shè)備的紅外線(xiàn)輻射，被測(cè)設(shè)備輻射的能量匯聚于紅外測(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)處理之后顯示輸出。

圖2 紅外測(cè)溫系統(tǒng)

紅外測(cè)溫儀使用靈活，不需要與被測(cè)物體直接接觸，但需要工作人員手持設(shè)備對(duì)電纜接頭、刀閘等部位進(jìn)行測(cè)溫，適合人工巡檢測(cè)溫，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。除此之外，還存在價(jià)格昂貴、體積大，測(cè)量精度受測(cè)試距離影響大等缺點(diǎn)。

3.2 光纖光柵測(cè)溫（略）

光纖光柵測(cè)溫法是將測(cè)溫和信息傳輸分開(kāi)，溫度測(cè)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。

光纖主要由3部分組成：心層、包層和保護(hù)層。光柵是在心層折射率受到周期性調(diào)制后形成。測(cè)溫時(shí)由光源將一束寬帶光射入光纖。這一光束在到達(dá)光柵探頭時(shí)，被光柵反射回一個(gè)滿(mǎn)足Bragg條件的入射光波長(zhǎng)，稱(chēng)其為Bragg波長(zhǎng)。

光纖光柵工作原理如圖3所示。Bragg波長(zhǎng)與光柵條紋周期成線(xiàn)性關(guān)系，而基于熱脹冷縮原理，光柵條紋周期又會(huì)隨著溫度變化。故而，通過(guò)測(cè)量Bragg波長(zhǎng)大小，就可測(cè)得光柵處的溫度。

圖3 光纖光柵工作原理

光纖光柵傳感器不適用于配電柜內(nèi)及戶(hù)外高壓配電裝置等場(chǎng)合，但因其體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、安全性高和安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)多用于電纜接頭溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。在實(shí)際應(yīng)用中，入射光波長(zhǎng)會(huì)受溫度和應(yīng)力的雙重影響，測(cè)溫精度會(huì)有所影響。此外，還有諸如造價(jià)昂貴、安裝復(fù)雜等劣勢(shì)。

3.3 分布式光纖測(cè)溫（略）

分布式光纖測(cè)溫技術(shù)于20世紀(jì)70年代末提出，并由專(zhuān)業(yè)人員研究出分布式光纖瑞利散射測(cè)溫、分布式光纖布里淵散射測(cè)溫以及分布式光纖拉曼散射測(cè)溫3種測(cè)溫技術(shù)。

其中，瑞利散射測(cè)溫技術(shù)在使用常規(guī)材料的光纖時(shí)溫度變化不大，所以實(shí)際應(yīng)用不多；布里淵散射測(cè)溫技術(shù)的研究起步較晚，雖然傳感距離、空間分辨率和測(cè)量精度等性能都最好，但制造昂貴而復(fù)雜，還未大量投入商業(yè)使用。拉曼散射測(cè)溫技術(shù)已趨于成熟并實(shí)用化，各項(xiàng)性能都較好，因此得到普遍應(yīng)用。

拉曼散射的分布式光纖測(cè)溫技術(shù)具有只對(duì)溫度敏感、抗電磁干擾強(qiáng)、絕緣性能好以及可實(shí)現(xiàn)大范圍分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在空間分辨率不足、無(wú)法定位具體測(cè)溫點(diǎn)、光纖易折以及易斷導(dǎo)致光損耗等缺點(diǎn)。分布式光纖具有精準(zhǔn)測(cè)量光纖沿線(xiàn)上任一點(diǎn)溫度的顯著優(yōu)點(diǎn)，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，分布式光纖測(cè)溫和光纖光柵測(cè)溫都在積灰后導(dǎo)致絕緣水平下降，從而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)通信技術(shù)結(jié)合，溫度傳感器對(duì)發(fā)熱點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)得的溫度信號(hào)通過(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)備接收溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度信息顯示出來(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)電纜接頭溫度變化，具有成本低、無(wú)需布線(xiàn)、穩(wěn)定性好以及實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，但溫度傳感器需要電池或者小CT取能供電才能工作。

電池供電的缺點(diǎn)就在于需定時(shí)更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，則供電不夠；若電流過(guò)大，則易燒壞小CT甚至傳感頭?？梢?jiàn)，小CT供電缺乏普遍性。除電纜接頭溫度測(cè)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)溫技術(shù)采用聲表面波傳感技術(shù)（surface acoustic wave, SAW）。聲表面波傳感器原理：當(dāng)被測(cè)對(duì)象溫度變化時(shí)，元器件諧振頻率隨之發(fā)生變化，通過(guò)對(duì)諧振頻率的測(cè)量得出被測(cè)對(duì)象的溫度。聲表面波溫度傳感器的核心部件是聲表面波諧振器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，分延遲線(xiàn)型和諧振型兩類(lèi)。

圖5 聲表面波諧振器結(jié)構(gòu)

聲表面諧振器采用法布里一珀羅諧振腔。測(cè)溫時(shí)，壓電基片沿面產(chǎn)生聲表面波，溫度一旦變化，聲阻抗便無(wú)法連續(xù)，進(jìn)而產(chǎn)生聲波反射，如此便在叉指換能器和反射柵的腔體內(nèi)形成諧振。受溫度影響，諧振的頻率會(huì)發(fā)生改變。因此，只需測(cè)得變化的諧振頻率，就可通過(guò)算式算出被測(cè)對(duì)象的溫度。

通過(guò)合理選擇叉指換能器的尺寸、壓電基片材料與切向，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)性關(guān)系。

聲表面波傳感器具有無(wú)源、免維護(hù)、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，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)。聲表面波測(cè)溫技術(shù)仍在發(fā)展階段，還存在傳輸距離短（一般只有0.5m）和穩(wěn)定性不足的問(wèn)題亟待解決。

結(jié)論

本文主要介紹了電信號(hào)傳感系統(tǒng)測(cè)溫、光信號(hào)傳感系統(tǒng)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)溫方法，并闡述了各種測(cè)溫方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在實(shí)際工程中，由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境不同，資金投入不同，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)各類(lèi)測(cè)溫方法，選取經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化的測(cè)溫方式，以達(dá)到最好的電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)效果。

在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，聲表面波測(cè)溫具有極大的應(yīng)用前景，只要逐步攻克傳輸距離短和不夠穩(wěn)定的難題，聲表面波傳感器在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用就會(huì)越來(lái)越廣泛。