楊曉艷

平高集團(tuán) 上海天靈開(kāi)關(guān)廠有限公司 上海 201808

1 帶電顯示裝置概述

帶電顯示裝置用于向運(yùn)行人員提供高壓電氣設(shè)備回路的電壓狀態(tài)，由顯示單元和傳感單元兩部分組成，顯示單元為帶電顯示器,傳感單元為電壓傳感器。在傳統(tǒng)變電站中，帶電顯示器一般安裝在開(kāi)關(guān)柜低壓室門上或變壓器室門上，電壓傳感器一般安裝在高壓側(cè)出線母排上。

如果帶電顯示裝置發(fā)生故障，通常需要在設(shè)備停役檢修時(shí)才能處理。帶電顯示裝置的故障主要有三類： 帶電顯示器故障、電壓傳感器故障，以及兩者間的接線故障。目前，國(guó)內(nèi)常用帶電顯示裝置的電壓傳感器分為電容式傳感器和感應(yīng)式傳感器兩種，電容式傳感器屬接觸式傳感器，采用電容對(duì)高壓進(jìn)行分壓，并提取信號(hào)，從而判斷被測(cè)對(duì)象是否帶電。這種傳感器容易發(fā)生電容擊穿，造成事故[1]。

帶電顯示裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備回路的帶電情況，防止運(yùn)行人員誤入帶電間隔及帶電合接地刀開(kāi)關(guān)等事故發(fā)生。普通的帶電顯示器僅具備電壓檢測(cè)回路，利用A、B、C三相傳感器感應(yīng)電信號(hào)的方式來(lái)檢測(cè)高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)是否帶電。如果某相帶電，則導(dǎo)通相應(yīng)的傳感器支路，對(duì)應(yīng)支路的帶電指示燈亮，從而警示運(yùn)行人員該高壓開(kāi)關(guān)柜處于帶電工作狀態(tài)[2]?，F(xiàn)有的高壓開(kāi)關(guān)柜大多采用簡(jiǎn)單的機(jī)械及電氣方式進(jìn)行閉鎖，僅通過(guò)柜門上的帶電顯示器來(lái)檢驗(yàn)柜門是否帶電，這種方案存在安全隱患，如運(yùn)行人員未注意到帶電指示燈亮，或帶電指示燈自身因故障而不亮?xí)r，都將造成運(yùn)行人員在高壓開(kāi)關(guān)柜帶電的情況下誤開(kāi)柜門，并誤入帶電間隔，發(fā)生人身傷亡事故。

2 帶電顯示裝置原理

帶電顯示裝置中的帶電顯示器是直接安裝在戶內(nèi)高壓電氣開(kāi)關(guān)設(shè)備上，可以直觀顯示電氣設(shè)備是否帶有運(yùn)行電壓的提示性安全裝置。當(dāng)設(shè)備帶有運(yùn)行電壓時(shí)，顯示器顯示燈發(fā)出閃光，警示運(yùn)行人員高壓設(shè)備帶電，無(wú)電時(shí)則無(wú)指示。帶電顯示器與電壓傳感器配套使用，利用傳感器內(nèi)部芯棒式電容和帶電顯示器內(nèi)的電容，連接成串聯(lián)分壓回路，從中提取來(lái)自高壓回路的電壓信號(hào)，作為帶電顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)源。如圖1所示，電壓傳感器的電容通過(guò)上法蘭連接至高壓母線，電容另一端通過(guò)接線端連接至帶電顯示器，形成完整的帶電顯示裝置[3-6]。

圖1 帶電顯示裝置接線圖

為確保配電設(shè)備運(yùn)行安全，帶電顯示裝置還可以提供高壓開(kāi)關(guān)柜門的強(qiáng)電閉鎖[7]，這種閉鎖基于電氣和機(jī)械相結(jié)合的電控機(jī)構(gòu)，在柜體帶電的情況下，可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制閉鎖高壓開(kāi)關(guān)柜門。由于許多高壓開(kāi)關(guān)柜不裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)，使電纜室門未設(shè)強(qiáng)制的機(jī)械五防，因此在電氣設(shè)計(jì)時(shí)需采用電氣閉鎖，如圖2所示。

圖2 電氣閉鎖原理圖

圖2中GSN為帶電顯示器線圈及其輔助觸點(diǎn)，DS為電磁鎖勵(lì)磁線圈，ZK為電源空氣開(kāi)關(guān)，KM為控制小母線。當(dāng)閉鎖控制電源有電時(shí)，電源空氣開(kāi)關(guān)合閘，帶電顯示器線圈得電，如果此時(shí)高壓開(kāi)關(guān)柜電纜室有電，那么帶電顯示器輔助觸點(diǎn)始終斷開(kāi)，使電磁鎖勵(lì)磁線圈不通電，電磁鎖鎖舌彈出，穿過(guò)電纜室門的聯(lián)鎖孔，將電纜室門鎖住[8]。當(dāng)帶電顯示器檢測(cè)到電纜室無(wú)電時(shí)，帶電顯示器輔助觸點(diǎn)閉合，接通電磁鎖勵(lì)磁線圈，電磁鎖鎖舌被吸進(jìn)，退出電纜室門的聯(lián)鎖孔，此時(shí)才可以打開(kāi)電纜室門。

如圖3所示，現(xiàn)有電壓傳感器的結(jié)構(gòu)為在絕緣子中部埋設(shè)一個(gè)電容，電容的一極連接于嵌入絕緣子的接線端，另一極連接至傳感器上端的上法蘭，通過(guò)上法蘭連接至高壓母線。

圖3 電壓傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

3 故障情況

經(jīng)抽查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)柜的絕緣故障均為帶電顯示裝置中電壓傳感器擊穿所造成。經(jīng)分析確認(rèn)，電壓傳感器內(nèi)環(huán)氧樹(shù)脂澆注的電容沿面閃絡(luò)是導(dǎo)致電壓傳感器發(fā)生擊穿的主要原因。

通常所有高壓開(kāi)關(guān)柜均需通過(guò)42kV出廠試驗(yàn)，因此在不損壞開(kāi)關(guān)設(shè)備的前提下，決定增大5%額定工頻耐壓進(jìn)行裕度試驗(yàn)。試驗(yàn)前先對(duì)工頻耐壓設(shè)備進(jìn)行電壓值校準(zhǔn)，保證設(shè)備的誤差值在GB/T 11022—2011《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)(±1%)。然后對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜逐一施加1min工頻44.5kV電壓和沖擊80kV電壓，進(jìn)行相對(duì)地和相對(duì)相試驗(yàn)，以排查故障原因。對(duì)電壓傳感器進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目包括： ① 工頻44.5kV～48kV裕度試驗(yàn)；② 80kV正負(fù)極性沖擊試驗(yàn)；③ 1.1倍額定電壓下局部放電試驗(yàn)，得出最終試驗(yàn)結(jié)果。其中，在沖擊試驗(yàn)后再進(jìn)行一次工頻44.5kV～48kV裕度試驗(yàn)。

拆解被工頻44.5kV電壓擊穿的電壓傳感器，如圖4所示，發(fā)現(xiàn)電容磁芯邊緣有沿面放電痕跡?？梢?jiàn)，電容磁芯澆注工藝不良、傳感器12kV局部放電試驗(yàn)不穩(wěn)定、起弧和熄弧電壓偏低是導(dǎo)致故障的主要原因。

圖4 電壓傳感器拆解照片

對(duì)電容沿面擊穿的原因進(jìn)行具體分析。

(1) 電容表面為B級(jí)絕緣漆，允許溫度為 120℃。電容在140℃持續(xù)30min的預(yù)熱烘烤過(guò)程中，絕緣漆軟化，與包裝紙粘連，造成包裝紙不能撕脫，殘留物在環(huán)氧樹(shù)脂澆注時(shí)產(chǎn)生間隙，造成擊穿。

(2) 電容表面殘留污物在環(huán)氧樹(shù)脂澆注時(shí)產(chǎn)生間隙，造成擊穿。

電壓傳感器內(nèi)部電容如圖5所示。根據(jù)澆注工藝，不允許與環(huán)氧樹(shù)脂材料結(jié)合的電容表面有任何污物，而包裝紙粘連的原因可能是電容浸漬的絕緣漆不能耐受140℃高溫，絕緣漆液化后與包裝紙粘連。電容焊接脫焊的原因可能為焊錫不耐高溫，并融化脫落。這些缺陷都會(huì)造成電容澆注質(zhì)量不佳，引發(fā)局部放電增多、二次引出線未接通等故障，嚴(yán)重時(shí)可造成高壓沿電容表面產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致局部放電超標(biāo)和高壓擊穿。由此判斷，電容器脫焊和包裝紙粘連造成澆注不良是產(chǎn)生故障的主要原因[9]。

圖5 電壓傳感器內(nèi)部電容照片

4 改進(jìn)措施

安排有問(wèn)題的庫(kù)存電壓傳感器退貨，加強(qiáng)排查和抽檢，進(jìn)行局部放電和工頻48kV試驗(yàn)，明確提高局部放電至3pC的驗(yàn)收要求，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已送電的帶電顯示裝置中電壓傳感器進(jìn)行召回處理。同時(shí)提高電壓傳感器篩選標(biāo)準(zhǔn)： 局部放電試驗(yàn)加壓由原來(lái)1.1倍額定電壓改為1.3倍額定電壓，出廠試驗(yàn)由原來(lái)1min工頻45kV提高到1min工頻48kV。

目前，帶電顯示器被廣泛集成于開(kāi)關(guān)柜智能操控裝置和開(kāi)關(guān)柜智能顯示裝置中，由于此類裝置集成了高壓開(kāi)關(guān)柜操作、開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示、溫濕度控制、帶電顯示、語(yǔ)音提醒等功能，因此必須安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜柜前儀表門上。一般高壓開(kāi)關(guān)柜的數(shù)量較多，且大部分都在柜后檢修，柜前操作完成后再在柜后操作，必須保證柜前、柜后編號(hào)對(duì)應(yīng),且一個(gè)變電站內(nèi)不允許出現(xiàn)重復(fù),否則就會(huì)誤開(kāi)間隔。高壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)時(shí)，帶電顯示裝置大部分都安裝在柜前,這樣在開(kāi)啟后門時(shí),間隔是否有電不能直觀看出，增大了進(jìn)入帶電間隔的概率[10-11]。因此，需要在柜后門增設(shè)一套帶電顯示裝置，監(jiān)視柜后電纜室內(nèi)的高壓帶電情況，警示運(yùn)行人員在帶電狀態(tài)下不要打開(kāi)柜后門，以避免誤入帶電間隔。這樣就出現(xiàn)了兩臺(tái)帶電顯示裝置監(jiān)視同一設(shè)備的情況。

針對(duì)上述情況，主要有三種改進(jìn)措施。

(1) 在高壓開(kāi)關(guān)柜中增加一個(gè)電壓傳感器，但存在如下缺陷： ① 增加的傳感器擠占安裝空間，增大了安裝工作量及難度；② 增加的傳感器需接一次銅排，增加了銅排及傳感器本身的成本。

(2) 一個(gè)電壓傳感器同時(shí)帶兩臺(tái)帶電顯示器，如圖6所示。設(shè)置于電壓傳感器的電容通過(guò)上法蘭連接至高壓母線，另一端通過(guò)接線端連接兩臺(tái)帶電顯示器，從而類似于形成兩臺(tái)帶電顯示裝置。

圖6 一個(gè)電壓傳感器帶兩臺(tái)帶電顯示器接線圖

(3) 不改變傳統(tǒng)電壓傳感器外形和安裝方式，在其內(nèi)部設(shè)置兩個(gè)電容，形成雙電容帶兩臺(tái)帶電顯示器，這樣可以有效改善兩臺(tái)帶電顯示裝置監(jiān)視同一設(shè)備的情況，且兩處帶電顯示器工作穩(wěn)定，電路連接簡(jiǎn)單、安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

GB 25081—2010《高壓帶電顯示裝置(VPIS)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了高壓電氣設(shè)備用帶電顯示裝置的適用范圍、條件、額定值、結(jié)構(gòu)、型式試驗(yàn)、出廠試驗(yàn)和選用導(dǎo)則等內(nèi)容[12]。帶電顯示裝置的類型較多，選型時(shí)需按照標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合考慮系統(tǒng)電壓、額定絕緣水平等參數(shù)。

筆者針對(duì)帶電顯示裝置故障進(jìn)行了分析，提出了改進(jìn)措施，可以預(yù)防人身傷害事故，確保設(shè)備運(yùn)行的安全和可靠。

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