隨著城市生活用電和生產(chǎn)用電的需求越來越大，電網(wǎng)發(fā)展勢頭日漸迅猛，對配電線路的穩(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中就有一個接頭。因此，電纜接頭在龐雜的配電網(wǎng)絡(luò)中不計其數(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行狀態(tài)的一個參量，對電力電纜的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。

1 電纜接頭測溫方法

電纜接頭溫度監(jiān)測在國內(nèi)外已有不少的研究成果。以信號采集方式劃分，主要有電信號測溫和光信號測溫兩類；以有無電源來劃分，主要有有源無線測溫和無源無線測溫兩類。

電信號測溫法主要有熱電偶測溫和集成傳感器測溫兩類。光信號測溫法主要包括紅外測溫、光纖光柵測溫和基于拉曼散射的分布式光纖測溫。有源無線的測溫法主要包括數(shù)字溫度傳感器、熱電阻及熱敏電阻等。采用無源無線的測溫方法是一種新興的測溫途徑，主要代表是聲表面波測溫。

2 電信號測溫

2.1 熱電偶測溫（略）

熱電偶是自發(fā)電型傳感器，無需外加電源即可測量溫度。熱電偶傳感器的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。熱電偶測溫示意圖如圖1所示。將A、B兩根不同材質(zhì)的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）焊接起來形成一個閉合回路。當(dāng)接點1和接點2之間的溫度不同時，便在回路中產(chǎn)生熱電動勢，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng)。

在測溫時，將接點1焊接起來作為測量端，放置于被測溫度所在地；同時分開接點2，接入顯示儀表或者變送器，稱為參比端，參比端要保持溫度恒定。

圖1 熱電偶測溫示意圖

熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測溫范圍寬、準(zhǔn)確度較高、穩(wěn)定性好以及熱慣性小等優(yōu)點，但同時也存在兩個缺點：①安裝時，當(dāng)電纜接頭較多的情況下，布線繁雜，現(xiàn)場難以維護；②參比端的溫度需要保持恒定。而電纜運行環(huán)境不同，溫度也會不同，此時參比端的溫度會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)測量和反應(yīng)堆測溫，監(jiān)測電纜接頭溫度時不常采用此方法。

2.2 集成傳感器測溫（略）

集成傳感器由硅半導(dǎo)體制成，也稱其為硅傳感器。它的基本原理是將補償電路、放大電路和敏感元件集成封裝在一個殼體中，通過測量PN結(jié)的電流和電壓數(shù)值來確定待測物體溫度的大小。

集成傳感器測溫具有反應(yīng)快、性價比高、體積小以及線性好的特點，適合電纜接頭溫度在線監(jiān)測，不足之處在于要預(yù)防電纜的電磁干擾對測溫精度的影響。

3 光信號測溫

3.1 紅外測溫（略）

紅外測溫理論是由普朗克黑體分布定律發(fā)展而來。紅外測溫法是通過紅外線輻射波長與被測溫度之間的函數(shù)關(guān)系來確定物體的溫度。所有溫度高于絕對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的分布有著密切聯(lián)系。因此，只要測得紅外波長及其能量大小，就可計算出被測物體的表面溫度。

紅外測溫系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。紅外測溫儀接收到由大氣傳輸過來的被測設(shè)備的紅外線輻射，被測設(shè)備輻射的能量匯聚于紅外測溫儀探測器上，探測器將輻射信息轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號處理之后顯示輸出。

圖2 紅外測溫系統(tǒng)

紅外測溫儀使用靈活，不需要與被測物體直接接觸，但需要工作人員手持設(shè)備對電纜接頭、刀閘等部位進行測溫，適合人工巡檢測溫，無法實現(xiàn)在線監(jiān)測。除此之外，還存在價格昂貴、體積大，測量精度受測試距離影響大等缺點。

3.2 光纖光柵測溫（略）

光纖光柵測溫法是將測溫和信息傳輸分開，溫度測量用光柵探頭，信息傳輸用光纖，光柵探頭和相連的光纖合起來稱為光纖光柵測溫。

光纖主要由3部分組成：心層、包層和保護層。光柵是在心層折射率受到周期性調(diào)制后形成。測溫時由光源將一束寬帶光射入光纖。這一光束在到達光柵探頭時，被光柵反射回一個滿足Bragg條件的入射光波長，稱其為Bragg波長。

光纖光柵工作原理如圖3所示。Bragg波長與光柵條紋周期成線性關(guān)系，而基于熱脹冷縮原理，光柵條紋周期又會隨著溫度變化。故而，通過測量Bragg波長大小，就可測得光柵處的溫度。

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)及戶外高壓配電裝置等場合，但因其體積小、抗電磁干擾能力強、安全性高和安裝簡便等優(yōu)勢多用于電纜接頭溫度在線監(jiān)測。在實際應(yīng)用中，入射光波長會受溫度和應(yīng)力的雙重影響，測溫精度會有所影響。此外，還有諸如造價昂貴、安裝復(fù)雜等劣勢。

3.3 分布式光纖測溫（略）

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

其中，瑞利散射測溫技術(shù)在使用常規(guī)材料的光纖時溫度變化不大，所以實際應(yīng)用不多；布里淵散射測溫技術(shù)的研究起步較晚，雖然傳感距離、空間分辨率和測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。拉曼散射測溫技術(shù)已趨于成熟并實用化，各項性能都較好，因此得到普遍應(yīng)用。

拉曼散射的分布式光纖測溫技術(shù)具有只對溫度敏感、抗電磁干擾強、絕緣性能好以及可實現(xiàn)大范圍分布式測量等優(yōu)點。同時也存在空間分辨率不足、無法定位具體測溫點、光纖易折以及易斷導(dǎo)致光損耗等缺點。分布式光纖具有精準(zhǔn)測量光纖沿線上任一點溫度的顯著優(yōu)點，除了常將其用于電纜接頭測溫外，還用于高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測中。

此外，分布式光纖測溫和光纖光柵測溫都在積灰后導(dǎo)致絕緣水平下降，從而存在光纖沿面放電的安全隱患。

4 無線測溫

4.1 有源無線測溫

有源無線測溫法是指將溫度傳感器與無線通信技術(shù)結(jié)合，溫度傳感器對發(fā)熱點進行測量，將測得的溫度信號通過無線芯片傳輸?shù)浇K端監(jiān)測設(shè)備，終端監(jiān)測設(shè)備接收溫度信號轉(zhuǎn)換成溫度信息顯示出來。

常見的溫度傳感器有數(shù)字溫度傳感器、熱電阻、熱敏電阻等。有源無線測溫法可直接監(jiān)測電纜接頭溫度變化，具有成本低、無需布線、穩(wěn)定性好以及實現(xiàn)溫度信號的無線傳輸?shù)葍?yōu)點，但溫度傳感器需要電池或者小CT取能供電才能工作。

電池供電的缺點就在于需定時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，若電流過小，則供電不夠；若電流過大，則易燒壞小CT甚至傳感頭。可見，小CT供電缺乏普遍性。除電纜接頭溫度測量外，有源無線測溫法還常用于開關(guān)柜溫度監(jiān)測中。

4.2 無源無線測溫（略）

無源無線測溫技術(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)被測對象溫度變化時，元器件諧振頻率隨之發(fā)生變化，通過對諧振頻率的測量得出被測對象的溫度。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，分延遲線型和諧振型兩類。

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。測溫時，壓電基片沿面產(chǎn)生聲表面波，溫度一旦變化，聲阻抗便無法連續(xù)，進而產(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，諧振的頻率會發(fā)生改變。因此，只需測得變化的諧振頻率，就可通過算式算出被測對象的溫度。

通過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)的高階項接近于零，則溫度與諧振頻率呈近似線性關(guān)系。

聲表面波傳感器具有無源、免維護、體積小、成本低等優(yōu)點，常用于高壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測和高壓輸電電纜接頭溫度監(jiān)測。聲表面波測溫技術(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)定性不足的問題亟待解決。

結(jié)論

本文主要介紹了電信號傳感系統(tǒng)測溫、光信號傳感系統(tǒng)測溫以及無線測溫這3類國內(nèi)外常見的電纜接頭測溫方法，并闡述了各種測溫方法的優(yōu)缺點。在實際工程中，由于設(shè)備運行環(huán)境不同，資金投入不同，應(yīng)綜合評價各類測溫方法，選取經(jīng)濟效益最優(yōu)化的測溫方式，以達到最好的電纜接頭溫度監(jiān)測效果。

在可以預(yù)見的將來，聲表面波測溫具有極大的應(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)中的運用就會越來越廣泛。