王俊杰

【摘 要】電力系統(tǒng)中高低壓開關(guān)柜是非常重要的電氣設(shè)備，其對(duì)于電力能源輸送有著決定性影響，為了保證高低壓開關(guān)柜的正常運(yùn)行做好檢驗(yàn)工作具有重要意義。為本主要對(duì)高低壓開關(guān)柜檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行分析與探討。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；高低壓；開關(guān)柜；檢驗(yàn)技術(shù)

近年來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)投資力度不斷加大，基礎(chǔ)配電網(wǎng)建設(shè)得到顯著發(fā)展。但總體用電水平與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍然存在著差距，例如城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展不均衡，供電質(zhì)量亟待改善。提升輸配電能力，建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好的配電網(wǎng)是我國(guó)電力工業(yè)目前的首要任務(wù)。高低壓配電柜作為配電網(wǎng)的重要組成部分，其制造水平直接影響我國(guó)配電系統(tǒng)的穩(wěn)定及質(zhì)量。高低壓成套設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)到了瓶頸期，其標(biāo)準(zhǔn)化程度低及行業(yè)通用性弱已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的重大因素。

一、高低壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民的生活水平也在不斷提高，大功率用電器的普及在方便了人們生活的同時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷越來(lái)越大。因此需要加強(qiáng)電網(wǎng)的建設(shè)和管理，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)的不斷改造升級(jí)過(guò)程中，需要用到相應(yīng)的電氣設(shè)備，才能夠讓電網(wǎng)高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)，而高低壓開關(guān)成套設(shè)備也得到了大量的使用。其中高低壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)電氣性能有著一定的影響，科學(xué)良好的設(shè)計(jì)，能夠提高設(shè)備性能，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。相反的不合理的設(shè)計(jì)會(huì)縮短高低壓開關(guān)的使用壽命，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中可能造成安全事故，影響電氣安全性能。因此在選擇高低壓開關(guān)柜的過(guò)程中，需要選擇那些質(zhì)量可靠，設(shè)計(jì)合理的產(chǎn)品滿足設(shè)備的安全性能指標(biāo)。

二、電力系統(tǒng)高低壓開關(guān)柜檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用

（一）局部放電檢測(cè)

局部放電的進(jìn)行伴隨著光熱現(xiàn)象、電磁感應(yīng)的現(xiàn)象。因此，需要針對(duì)在放電過(guò)程中的檢測(cè)現(xiàn)象、檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，使用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)判斷正常的電位位置和線路中的安全隱患。目前檢測(cè)技術(shù)主要分為以下幾類：第一，暫態(tài)地電壓：通常高壓開關(guān)柜的運(yùn)行會(huì)伴隨局部放電現(xiàn)象。這是由于帶電粒子受到電流傳輸?shù)挠绊懼袝?huì)迅速的由開關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)體傳遞至開關(guān)柜外，使傳輸過(guò)程中具有高頻電流波的特性。由于開關(guān)柜內(nèi)的電流在受到集膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)致電流行波只能被聚集在開關(guān)柜外。第二，超高頻：超高頻檢測(cè)法是通過(guò)運(yùn)用特殊的超高頻實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)開關(guān)柜中的電流行波的方法檢測(cè)。特別是需要對(duì)連續(xù)超高頻分量和及時(shí)分量進(jìn)行檢測(cè)，在使用超高頻的檢測(cè)技術(shù)時(shí)，可以針對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在分析中得出基本放電類型和局部放電位置[1]。第三，超聲波：主要是銅鼓對(duì)超聲波傳感器的運(yùn)用。在使用傳感器的過(guò)程中，需要對(duì)其聲波頻率進(jìn)行18～200kHz的采集，在采集過(guò)程中通常聲波會(huì)及時(shí)擊穿絕緣體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)擊穿信號(hào)位置來(lái)確定局部電流行波的大小。由于超聲波信號(hào)屬于機(jī)械波的一種，不會(huì)受到開關(guān)柜本身電流的影響。因此超聲波檢測(cè)技術(shù)也會(huì)被廣泛運(yùn)用至實(shí)際操作中，通常會(huì)使用GIS檢測(cè)技術(shù)，且可通過(guò)幅值法的信號(hào)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行位置定位。但在實(shí)際操作中超聲波的收集會(huì)伴隨噪聲的干擾，導(dǎo)致測(cè)量信號(hào)源的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度不高，因此需要就其他方法協(xié)同使用。

（二）絕緣檢測(cè)

設(shè)備發(fā)生局部放電時(shí)一般會(huì)產(chǎn)生電磁、聲、熱及光信號(hào)，放量能量引起絕緣氣體或者固體材料分解時(shí)，還會(huì)發(fā)生一些列化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些氣體或固體產(chǎn)物。常用于局放信號(hào)檢測(cè)方法主要包括：第一，脈沖電流法。脈沖電流法操作簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)PD信號(hào)低頻段定量檢測(cè)，是國(guó)際上廣泛認(rèn)可的方法，但不適用于在線監(jiān)測(cè)。第二，特高頻法。特高頻法通過(guò)在柜內(nèi)外安裝高頻傳感器，檢測(cè)由PD電流脈沖激發(fā)的電磁波信號(hào)，靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，但電量標(biāo)定問(wèn)題還有待解決。第三，暫態(tài)地電壓法。暫態(tài)地電壓法通過(guò)檢測(cè)暫態(tài)電壓實(shí)現(xiàn)對(duì)PD信號(hào)的監(jiān)測(cè)，但抗干擾能力較差，由于僅以暫態(tài)對(duì)地電壓為單一判據(jù)，檢測(cè)結(jié)構(gòu)可靠性不是很高。第四，超聲波檢測(cè)法。超聲波檢測(cè)法通過(guò)提取傳播時(shí)間差來(lái)計(jì)算PD源的位置，應(yīng)用靈活，但超聲波信號(hào)折反射會(huì)導(dǎo)致波形信號(hào)嚴(yán)重失真，對(duì)實(shí)際操作人員具有較高的要求。第五，氣體組分分析法。當(dāng)高壓設(shè)備有局放發(fā)生時(shí)，電子碰撞作用會(huì)使絕緣介質(zhì)發(fā)化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一些特定的氣體成分。絕緣介質(zhì)分解產(chǎn)生的氣體成分、濃度、速率等特性與局部狀況相關(guān)，氣體分解特性可反應(yīng)出柜體絕緣狀態(tài)。

（三）溫度在線監(jiān)測(cè)

第一，光纖監(jiān)測(cè)，將光纖光柵傳感器放置在開關(guān)柜內(nèi)的底部，進(jìn)行溫度的檢測(cè)。該傳感系統(tǒng)工作時(shí)，調(diào)節(jié)儀可以發(fā)射出窄帶激光，再多路光開關(guān)的分散作用下達(dá)到各個(gè)傳感器，如果獲取到的波長(zhǎng)和光柵芯摸的波長(zhǎng)相等則處于發(fā)射狀態(tài)，激光在通過(guò)耦合器的多路光開關(guān)回到調(diào)解儀。調(diào)節(jié)儀就會(huì)獲取開關(guān)柜各元件的溫度參數(shù)，在通過(guò)A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將信息數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)內(nèi)的軟件系統(tǒng)已將溫度信號(hào)通過(guò)顯示系統(tǒng)進(jìn)行顯示，便可以直觀的獲取開關(guān)柜的溫度參數(shù)，并且上位機(jī)可以完成溫度數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、查詢、預(yù)警、分析等功能。光纖光柵溫度傳感的優(yōu)點(diǎn)為靈敏度高、體積小、抗干擾性強(qiáng)，但其信號(hào)的發(fā)生需要高分辨率光譜，而造成成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)其施工時(shí)需要將所有線路全部斷開，并且光纖本身會(huì)影響到系統(tǒng)的絕緣性能[2]。第二，無(wú)線有源測(cè)溫技術(shù)。無(wú)線有源測(cè)溫技術(shù)的工作原理與一般的溫度測(cè)量技術(shù)基本相同，也就是采用了傳統(tǒng)的溫度傳感器獲取溫度信號(hào)，再使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，將信號(hào)傳輸給上位機(jī)。此次設(shè)計(jì)，溫度傳感器采用比較傳統(tǒng)的半導(dǎo)體或熱電偶式傳感器，其電源供電需要電池或感應(yīng)線圈，電池供電方式比較容易實(shí)現(xiàn)，但更換電池是一項(xiàng)非常麻煩的工作，感應(yīng)線圈供電則需要從設(shè)備一次測(cè)電路中感應(yīng)出電壓供給傳感器，但一次側(cè)電流的變化會(huì)對(duì)溫度測(cè)量精度產(chǎn)生較大的影響，從而噪音也會(huì)增大?？傊?，無(wú)線有源傳感方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、使用方便、不用布線而造成麻煩，但傳感器的電源供電成為了該系統(tǒng)的主要難題。

（四）溫升試驗(yàn)的提出

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，需要對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行溫升試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)開關(guān)柜等載流性能分析驗(yàn)證發(fā)熱和散熱兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)。具體運(yùn)行過(guò)程中，需要將額定電流持續(xù)輸入導(dǎo)電回路一定時(shí)間，然后對(duì)此時(shí)電路中的溫升進(jìn)行分析，分析結(jié)論并對(duì)開關(guān)柜的使用效果進(jìn)行評(píng)測(cè)。本文為更好地探究開關(guān)柜的溫度分布情況，確定溫度檢測(cè)器的合理布局。平均溫升簡(jiǎn)易算法、熱爐方法和溫度場(chǎng)數(shù)值模擬算法這三種算法是開關(guān)柜內(nèi)部熱量計(jì)算的主流計(jì)算方法。三種方法有各自的優(yōu)劣性：平均溫升簡(jiǎn)易算法計(jì)算流程簡(jiǎn)單易操作，但是誤差相對(duì)較大；熱爐方法的計(jì)算核心是類比法，求解精度有待提高；當(dāng)前的主流計(jì)算方法是溫度場(chǎng)數(shù)值模擬算法，其最大的優(yōu)點(diǎn)是求解精度大大提高。但由于求解器精度有一定的限制，計(jì)算時(shí)對(duì)其模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，忽略了風(fēng)機(jī)以及整機(jī)模型，對(duì)計(jì)算結(jié)果有一定的影響。普遍認(rèn)為在開關(guān)柜中，導(dǎo)致其發(fā)熱的主要因素分為兩個(gè)：載流導(dǎo)體和電接觸的焦耳損耗。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)于高壓開關(guān)柜的狀態(tài)波動(dòng)和狀態(tài)異常檢修工作而言具有舉足輕重的意義和價(jià)值。通過(guò)利用傳感器等信息采集設(shè)備完成對(duì)于開關(guān)柜相關(guān)問(wèn)題的監(jiān)測(cè)，能夠更好地判斷一段時(shí)間內(nèi)開關(guān)柜機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，并以此為根基制定出周密、詳盡的檢修計(jì)劃和檢修開展方案，保證檢修工作能夠在安全環(huán)境下運(yùn)行。

【參考文獻(xiàn)】

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