可重复使用的线夹温度越限指示装置研究

苏立 周幸平

摘要：当今电路安全问题愈发重要，导线接头电气结点长期工作下，会由于环境、安装等问题造成电阻增加，进而逐步发生过热烧断事故，影响设备安全稳定运行及电网输送电的可靠性。针对现存市场的国内外电气设备、电压输送设备的温度监测装置的弊端，本文提出线夹温度越限指示装置，具备成本低、安装简易，并且能够迅速做出温度越限指示，使维护人员能够及时发现温度超标线夹便于采取措施，能够实现预警及时、降低巡查便捷、保证电路输送更加安全可靠。

关键字：过热烧断;温度越限;重复使用;供电可靠性

一  前 言

伴随社会用电量的急剧增加，不管是电力输送系统，还是配电线路、变压设备也都在相应的大幅应用，这也致使负责输送高压电的部分高压电气设备的输送电力负载也变得繁重[1-2]。长期高强度任务的工作下，高压输电线路的导线接头是线路安全运行的薄弱环节，特别是用螺栓连接的跳线接头，这种连接方式若安装时螺栓压的不紧或由于振动、摆动等造成螺栓松动，都会使该接头的电阻增大，从而引起接头温度的升高。轻则影响正常输电，重则造成事故。因此，一般整个电力输送系统的最薄弱环节在导线接头与设备联结点处，其结点处电阻增加，发热增加，但超出不可调控的限制时，便会发生事故[3]。

外套于联结点外部的线夹，同样会受联结点温度所影响。联结点发热是必然存在的一个问题，并且是一个恶性循环：电阻增大、输送电力温度上升、导线铜丝变形、线路氧化、温度上升、电阻增加、发热、持续升温，当温度达至上限，不做出措施，便会出现烧毁或击穿事故[4]。根据最新相关数据统计显示，去年国内电力系统故障就毁坏20余万台电动机，将这些事故按技术分类，其中超温事故就占比约为25.3%。由数据分析显而易见，对于超温问题的解决是一件必需进行的事。如何进行迅速温控、及时反馈联结点的温度，减少超温发生事故的概率成为目前电力输送设备、运行维护的亟待解决问题。

根据当前市场调查研究，各级供电商只能指派维护人员手持温度测量仪对设备进行温度采集、检测，需要对电路的每个结点进行检测，无法达至实时监控、实时预警指示，且对人力、物力的耗费巨大，同时安全问题也未能有效解决。互联网技术的普及，虽然有在研发电气结点温度的实时监控系统，实现全天、全时、全区域的温度在线监控及预警播报，但目前而言并未得到有效应用 [5-6]。基于上述的各点，本文开发了一种简易的可重复使用的线夹温度越限指示装置，其在实现温度监控、及时指示预警的同时，将成本压缩，做到高性价比下维护输送电路的安全运行。

二 研究内容

本文提出的是一种线夹温度越限指示装置，此装置不会影响其它电力设备结点构件的安装。本装置采用常用的螺栓作为固连部件，即安装方便、不用加装固定定位装置，又可以根据各结点的实际情况进行选调螺栓长度型号，通过线夹预留的两个带内螺纹的孔进行配合，拧紧安装。

1、设计要求

（1）稳定性：对于电气结点的温度监测装置，需要做到随时监控，虽然装置是完全裸露于外界，与外界环境直接接触，但不管周围环境如何都需要稳定进行作业。因此装置稳定性很关键。

（2）准确度：电气结点的反馈的温度数据将直接用作真实温度，这个温度值将直接影响部件的寿命与電气设备的安全性。因此必须保证此装置内部测温元件的寿命与测量准确度，来保证反馈的预警指示的结果可靠性。

（3）实用性：预警装置除了要做到能够及时反馈数据，还需要能够及时、醒目地提示检测人员，减少必要的人力消耗。且装置需要做到可复位使用、易于更换、安装简单等，减少相应的设备、工具介入。

2、总体结构设计

本文采用的温度越限指示装置为FC-WD-80型，由固定部件、测温部件、预警部件及主体等组成，线夹温度越限指示装置结构爆炸图如图1所示。其中，测温部件为一种热敏元件，具体为一种蝶形双金属片，可对装置内部温度做出敏感变形，常温情况下，蝶形双金属片中间高周边低，限制预警部件的运动，在温度达到临界值时，向预警部件传达信号进行预警指示步骤。预警部件由弹簧和警示杆组成，当热敏元件发生凸跳变形时，边圈从警示杆凹槽内脱离，警示杆在弹簧作用下向外滑出，红色滑块弹出，发出温度越限警示，如此便完成预警指示工作。当温度下降低于报警温度后，蝶形双金属片恢复成中间高周边低的形状，此时，只要工作人员采用绝缘手段把警示杆推入到主体导向孔最深处，蝶形双金属片边缘再次卡入警示杆的凹槽内，限制了警示杆向外滑出，装置可以再次投入使用，实现重复使用。线夹温度越限指示装置发出警示前后的实物效果图如下图2（a）、（b）所示。

结合设备功能及设计要求，本研究重点解决的关键技术包括：

（1）接触式敏感测温探头的开发研究，工作温度最高达180℃。

（2）微功耗信号传导技术，在极端天气环境下，线夹温度越限指示装置均可在检测到温度处于临界值时，发出警示动作。

（3）在电气结点上，线夹温度越限指示装置不发生放电，不影响其它设备的正常工作，同时保障工作人员安全。

（4）整体装置均采用的是机械式结构，具体是热敏金属发生形变，不会因为能源供给问题而无法工作。

（5）警示杆与其它组件采用外边圈式无缝连接，以防出现漏水、漏油、氧化对装置的寿命及准确性产生影响。

（6）该装置主要适用于各种设备的导线接头、刀闸开关等电气结点的温度监测。

三 与国内外同类研究和技术的综合比较

目前，国内外对高压设备的温度监测方法主要有：示温蜡片测温法、热红外测温法和等电位温度检测探头测温法[7]。

示温蜡片测温法：核心部件为感温蜡片，可以弥补一般常规温度计的不足，其原理是当被贴处的温度高于示温蜡片额定融化温度时，示温蜡片会自动融化而发生脱落，因此工作人员只需要根据示温蜡片是否发生脱落就能识别此时结点温度是否超限。此方法在很早就得以应用，操作简单，缺点在于只有出现超限时才能得知，可靠性和精度都不高，且受结点贴片位置影响。

热红外测温法：此方法为红外探测器接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，形成热量分布图像并转化为温度检测结果，通常是采用红外测温枪、远红外成像仪等非接触式测温设备。其具备测量简单、测量速度快、测量精准、结果易见等特点。但该方法只能是定点定时测量，无法实现电气设备的实时监控，设备成本不低，无法对大规模电气结点进行一一应用。

等电位温度检测探头测温法：该法的本质是通过热传导技术原理，将温度测试线与相应的热导体节点直接接触，实现接触式直接测温。该法可以实现对电气设备结点温度的不断测量，精度高、输出迅速，但是对于范围较大的电气设备结点温度检测一定程度上会加大结构复杂度及设备费用、维护费用，性价比较低。

本文所采用的可重复使用的线夹温度越限指示装置较同类电气结点温度监测技术，具备温度实时精准监测、可靠性强、成本低、附加設备少等优势。且该装置可用于任何电气结点，不受设备、结点位置限制，可以根据需要配对相应的尺寸进行监测。同时，能够完美应对极端天气、电磁干扰，警示效果显著、易发现、易可视化，且可恢复至原位再次监测，对巡查工作人员也是降低了工作难度。符合当代设计标准，降成本、简化人工劳力。

四 关键技术指标

1、技术参数

工作温度：-50℃～180℃

动作温度：90℃±3℃

外型尺寸：φ36×28mm

复位方式：人工复位

使用次数：超过5万次

本装置不受雨、雪、冰、污垢等各类复杂环境情况影响，仍可保证设备的正常使用和预警指示。

2、设备系列

线夹FC-WD-70型温度越限指示装置：上限温度70℃，误差范围±2℃。

线夹FC-WD-80型温度越限指示装置：上限温度80℃，误差范围±2℃。

线夹FC-WD-90型温度越限指示装置：上限温度90℃，误差范围±2℃。

可根据电气结点实际情况进行灵活调节上限温度（即警示温度值），但需要保证监测结果的准确度。

3、适应环境

线夹FC-WD系列温度越限指示装置是一种能够实时检测各种导线接头、设备刀闸开关接头处温度的装置，当结点温度超过上限值时会产生警示作用的新型装置。能够适用于各种需要监测温度又采用螺栓固连电气部件，且技术指标都是依照电力系统和相关行业的要求而定的，上限温度可在70℃、80℃、90℃或灵活调节至用户要求，一般误差不能超过±2℃，可以醒目的指示出电气结点的温度，及时做出安全防护 [8]。

4、性能特点

（1）采用机械结构式的金属变形预警技术;

（2）能够实时辨识结点的温度值，警示迅速、准确，巡查十分明显。整体装置十分简单、安装简易、占用空间小，测温部件为温敏金属，报警后对本身结构无影响，复位后可循环使用;

（3）可以灵活调节预定的温度上限值;

（4）设备工作稳定可靠，不易受外界干扰，且能长时间工作在高负荷、高强度的环境下。

五 总结

接线电气结点温度的越限监测，是对电气结点过热烧毁的保障手段，是对阻止电力安全事故发生的安全手段之一，对保障电力系统安全运行有着重大意义。

本文所研究的可重复使用的线夹温度越限指示装置，采用一体式机械结构，具备安装简单、感温精准、及时警示、可重复使用、可靠性高、工作稳定等优点。同时，警示动作十分明显，能够避免出现巡检遗漏和疏忽，发生警示后只需等待温度正常进行人工复位即可。极大地提高各类电气设备的安全运行水平和供电可靠性，对国家社会的用电提供了显著的社会效益、经济效益和安全保障。

参考文献

[1]潘敏，汤寅.电气设备结点远程温度监测系统[J].农网智能化，2015（9）：30-31.

[2]冯勇.鹤岗地区高压电气节点无线测温系统研究[D].华北电力大学，2014.

[3]阮海波.基于物联网技术的高压电气结点温度监测系统研究[J].工业控制计算机，2012，25（10）：33-34.

[4]潘存良，丁立云，羊磊，等.电气结点温度在线监测系统：中国，201220412209.5[P] 2012-08-20.

[5]杨庆江，刘晓亮，苏漫绮，等.高压电气节点温度的预测模型[J].黑龙江科技大学学报，2018，28（4）：405-409.

[6]许庆炜，舒军，胡永里，等.基于JavaEE的分布式红外电气结点实时测温监测系统[J].湖北第二师范学院学报，2015，32（8）：29-31.

[7]覃楠.高压电气实验中危险节点分析及其控制措施[J].现代制造，2014（33）：12-13.

[8]常旭东.一种用于电气节点温度的在线监测装置：中国，201420834364.5[P]2014-12-25.